礦用通風(fēng)機(jī)使用過程中的常見故障及解決措施研究

李 潔

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉華宮礦， 山西 大同 037016）

引言

礦井工作環(huán)境非常復(fù)雜，煤礦開采過程中會涌現(xiàn)出很多有毒有害氣體，對井下環(huán)境造成嚴(yán)重不良影響[1]。為了保障井下安全，通常需要利用通風(fēng)機(jī)向井內(nèi)灌入新鮮空氣，同時將井內(nèi)有毒有害等氣體及時排出，確保礦井環(huán)境的安全[2]。為保障礦井環(huán)境的絕對安全，通常要求通風(fēng)機(jī)連續(xù)24 h 不間斷工作。由于長時間連續(xù)工作，再加上礦井工作環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)特別容易出現(xiàn)故障，威脅礦井的生產(chǎn)安全[3]。

1 通風(fēng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)概述

從結(jié)構(gòu)形式而言，通風(fēng)機(jī)可以劃分成為兩大類，分別為軸流式和離心式。軸流式通風(fēng)機(jī)因具有噪聲小、穩(wěn)定性好、通風(fēng)量大等優(yōu)勢在礦井中應(yīng)用更加廣泛。本文主要以煤礦中使用的FBCDZ-10-No30 型通風(fēng)機(jī)為例[4]，闡述設(shè)備使用過程中的常見故障問題，分析問題產(chǎn)生的原因并給出對應(yīng)的解決措施。如圖1 所示為FBCDZ-10-No30 型軸流式通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場圖。該設(shè)備使用的電機(jī)型號為YBF710M2-10，額定功率、轉(zhuǎn)速、電流和電壓分別為900 kW、593 r/min、112.4 A 和6 kV；扇葉直徑、一級和二級葉片角度分別為3.6 m、45°和40°，正常工作時的風(fēng)量和風(fēng)壓分別為200～450 m3/s 和1 300～4 600 Pa。

圖1 礦井主通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場圖

軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)較對稱，可以將其看成由兩部分構(gòu)成，每部分都設(shè)置一臺單獨(dú)的驅(qū)動電機(jī)、葉輪及軸承部件。兩臺電機(jī)的容量完全相等，但是驅(qū)動的葉輪葉片數(shù)量存在一定差異，形狀也不同。本文所述型號軸流式通風(fēng)機(jī)，其一級和二級葉片數(shù)量分別為13 個和17 個，電機(jī)直接和葉輪連接，中間沒有設(shè)置減速器等傳動系統(tǒng)，在很大程度上保障了能量的利用效率。

2 通風(fēng)機(jī)常見故障及其成因

2.1 電機(jī)故障

礦井工作環(huán)境復(fù)雜，通風(fēng)機(jī)中使用的多為三相異步防爆電機(jī)，如圖2 所示為通風(fēng)機(jī)中使用的電機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖。由圖2 可知，整個電機(jī)由多個結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，其中定子和轉(zhuǎn)子是非常重要的結(jié)構(gòu)件，這兩個結(jié)構(gòu)件之間通過電磁感應(yīng)原理，使轉(zhuǎn)子發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，定子固定不動。但是通風(fēng)機(jī)電機(jī)工作過程中經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡的現(xiàn)象，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的振動問題。

圖2 通風(fēng)機(jī)中使用的電機(jī)主要結(jié)構(gòu)示意圖

出現(xiàn)這種情況的原因主要包含以下幾點：第一，電機(jī)轉(zhuǎn)子加工質(zhì)量存在誤差，制造精度達(dá)不到設(shè)計要求；第二，電機(jī)在裝配安裝時轉(zhuǎn)子安裝精度不達(dá)標(biāo)，沒有嚴(yán)格按照設(shè)計配合要求完成安裝工作；第三，轉(zhuǎn)子在長時間高負(fù)荷運(yùn)行后，出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致局部區(qū)域質(zhì)量發(fā)生變化，使整體質(zhì)量失去平衡。

2.2 軸承故障

通風(fēng)機(jī)中的葉輪葉片工作時發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此會使用軸承，考慮到通風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)過程中幾乎不承受軸向作用力，因此，選用普通的滾動軸承。如圖3 所示為滾動軸承結(jié)構(gòu)示意圖，由圖3 可知，滾動軸承主要由四大部分構(gòu)成，分別為內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持體。通風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)速度相對較高，且需要長時間連續(xù)工作，軸承零件如果日常維護(hù)保養(yǎng)不到位，特別容易出現(xiàn)潤滑不良導(dǎo)致的溫度過高、磨損嚴(yán)重等問題。

圖3 滾動軸承結(jié)構(gòu)示意圖

滾動軸承出現(xiàn)故障的原因總體描述如下：滾動軸承主要通過球形滾動體與內(nèi)圈、外圈表面接觸發(fā)生滾動，滾動體與內(nèi)圈、外圈實際發(fā)生的是點接觸。因此在接觸點位置應(yīng)力相對較大，且軸承旋轉(zhuǎn)是周期性運(yùn)動，不管是滾動體、內(nèi)圈還是外圈，都需要承受疲勞載荷，時間久后必然會出現(xiàn)故障問題。如果滾動軸承潤滑不良，滾動體與內(nèi)圈、外圈之間的摩擦力增大，會進(jìn)一步加劇這種疲勞裂紋的出現(xiàn)。

2.3 葉片故障

通風(fēng)機(jī)葉片工作時需要承受復(fù)雜的外力，其中包括氣體流動產(chǎn)生的激振力、彎曲應(yīng)力，高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力及高溫引起的熱應(yīng)力等，同樣的，以上各種作用力很多均存在周期性的特點，會產(chǎn)生疲勞效應(yīng)。另外，由于礦井工作環(huán)境復(fù)雜，空氣通常較潮濕，且空氣中包含一些腐蝕性氣體，導(dǎo)致葉片出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。實踐運(yùn)行過程中，通風(fēng)機(jī)葉輪葉片經(jīng)常出現(xiàn)的故障類型主要是根部折斷、葉尖部位出現(xiàn)裂紋、表面出現(xiàn)腐蝕等。

由以上分析可以看出，葉片出現(xiàn)故障問題是多方面因素綜合作用的結(jié)果，原因比較復(fù)雜，但最主要的原因是承受周期性的、復(fù)雜的外部載荷。

3 通風(fēng)機(jī)故障問題解決措施

3.1 電機(jī)故障

電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡的根本原因主要有兩類，分別為轉(zhuǎn)子發(fā)生變形和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了質(zhì)量不平衡。對于第一種情況，只需要查明轉(zhuǎn)子發(fā)生變形的原因，并及時進(jìn)行糾正即可；對于第二種情況，需要通過配重法來解決問題。最簡單的配重法是三點試錯法，在轉(zhuǎn)子圓周方向上每間隔120°設(shè)置一個試重點。在三個試重點上安裝不同重量的配重塊并測驗轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的動平衡情況，根據(jù)轉(zhuǎn)子的振動特點計算不平衡的位置及重量，進(jìn)而調(diào)整配重塊的重量，直到轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡為止。以上試錯方法需要花費(fèi)大量的時間和精力，效率相對較低。隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，當(dāng)前出現(xiàn)了專門的儀器設(shè)備，可以檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的動平衡，快速獲得質(zhì)量不平衡的位置及重量大小，再根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行配重，效率和精度都很高。

3.2 軸承故障

如果是通風(fēng)機(jī)的軸承出現(xiàn)了故障問題，則需要將通風(fēng)機(jī)進(jìn)行拆解，然后對滾動軸承進(jìn)行更換。但是在拆解通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)時，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的操作流程執(zhí)行。特別是在拆除軸承箱時，必須對軸承箱及相關(guān)的配套設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)檢查。比如需要對潤滑油進(jìn)油管、回油管進(jìn)行檢查，查看油管是否存在泄漏、裂紋、變形或者砂眼等問題。如果檢查發(fā)現(xiàn)存在缺陷問題，則這些配套設(shè)施也要對應(yīng)更換。軸承箱配套設(shè)施如果出現(xiàn)故障問題，則會影響軸承的潤滑效果，進(jìn)而嚴(yán)重縮短軸承的使用壽命。如果配套設(shè)施不存在缺陷問題，只需要對這些設(shè)施清理干凈即可，待后續(xù)安裝使用。

3.3 葉片故障

由于通風(fēng)機(jī)葉輪葉片一旦出現(xiàn)損壞就難以修復(fù)，所以對于出現(xiàn)問題的葉片通常都是通過更換的方式進(jìn)行處理。更換時按照一定的順序?qū)⑷~片螺栓拆除，小心取出葉片。需要特別注意的是，應(yīng)該按照對稱的方式依次將葉片取出，防止拆解過程中葉輪由于重力不平衡發(fā)生旋轉(zhuǎn)。對拆解得到的葉片螺栓及墊片進(jìn)行檢查，確保質(zhì)量滿足要求，如果發(fā)現(xiàn)這些緊固螺栓存在損傷等缺陷問題，應(yīng)該進(jìn)行更換。對所有的葉片進(jìn)行檢查，對于不滿足使用要求的進(jìn)行更換，質(zhì)量滿足要求的葉片清理干凈后待后續(xù)安裝使用。更換新葉片安裝時同樣需要遵循對稱的原則，避免出現(xiàn)重力不平衡的現(xiàn)象。安裝時螺栓扭矩控制在170 N·m，葉片間隙控制在4～6 mm，同時要保證葉片和外殼之間的距離保持均勻。完成葉片安裝工作后，對通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，以滿足要求。

4 結(jié)語

通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在保障礦井安全方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，為了確保礦井安全，要求通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)24 h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。再加上礦井工作環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)容易出現(xiàn)各種故障缺陷問題，其中較典型的問題包括電機(jī)故障、軸承故障、葉片故障等。這些故障問題的存在嚴(yán)重威脅著通風(fēng)機(jī)的可靠運(yùn)行?；诖?，本文對以上三種常見的通風(fēng)機(jī)故障問題進(jìn)行詳細(xì)的介紹，分析了產(chǎn)生故障問題的原因，并結(jié)合筆者實踐經(jīng)驗闡述了處理這些故障問題的措施。此舉對于促進(jìn)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性具有重要的實踐意義。