矿井通风机振动故障诊断研究

2016-07-12王永红

大科技 2016年13期

关键词：轴流式转轴叶轮

王永红

（贵州大方煤业有限公司贵州毕节 551700）

矿井通风机振动故障诊断研究

王永红

（贵州大方煤业有限公司贵州毕节 551700）

振动是矿井通风机机械故障的主要表现形式，发生故障时往往伴随振动信号的异常，因此加强通风机振动故障诊断具有现实意义。本文首先对矿井通风机进行了简单论述，其后就通风机典型的故障机理和振动特征展开了具体分析，以期为相关人员提供参考。

矿井通风机；轴流式通风机；振动故障诊断

1 引言

矿井主通风机的安全运行对煤矿安全生产和人员安全有着很重大的影响，因而在相关规程中对于煤矿安全运行有一定的要求，矿井主通风机在使用过程中应定期进行振动性能测试，以保证设备高效、安全、经济地运转。因此，应用振动参数进行故障诊断，减少风机事故的发生是十分必要的。

2 矿井通风机概述

2.1 矿井主通风机的分类

风机的种类有很多，分类方法也很多，主要包括以下几种：①按照叶轮中风的走向可以分为离心式和轴流式风机；②按照叶轮的数目可以分为单级和双级风机；③按照产生的压强可以分为低压风机、中压风机和高压风机；④按照动力来源可分为叶片式和容积式风机。

2.2 轴流式通风机特点与工作原理

下面主要介绍轴流式通风机。

轴流式风机的主要特点：外界空气从风机的轴向进入，经过风机之后仍然沿风机的轴向流出。轴流式风机主要是由叶轮、主轴和机壳组成，叶轮是由轮毂和叶片两部分组成，其工作原理是：当主轴得电转动，进而带动叶轮上的叶片旋转，由于叶片间有一定的角度，所以气体可以通过叶轮，从风机中流出，同时由于叶片附近的气体被排出，叶片周围的压力就会变小，风机入口处形成负压，外界空气由于压力差，被压进风机，进入风机的气体又经过叶片的转动被排出，由于叶片持续的转动，这样就能循环的吸入和排除气体。

轴流式通风机叶轮上的叶片既可以是固定角度的，调整角度时需要停车调整，也可以根据井下风量需要，通过叶片角度执行器进行动态调节，一般可调角度为-30～10°。这样通过叶片角度的调节既可以实现抽风又可以实现反风。轴流式通风机通常被应用于风量要求较高而负压要求较低的场合。

由于轴流式通风机的特点，现如今已广泛应用于国内各大煤矿，而采用最多的是对旋轴流式通风机。对旋式轴流通风机主要是由集流器、进出口消音器、整流罩、电动机、一级叶轮、二级叶轮和扩压器组成，主要特点就是有两个叶轮，两个叶轮并排放置，并有一定间隙，工作的时候两个叶轮的转动方向相反，一个顺时针另一个就要逆时针，工作时产生的风量大、噪声分贝小而且比较节能是对旋轴流式通风机具有的特点，这种结构只要通过配电柜的换相操作，使风机叶轮反转，即可实现反风，由于煤矿要定期进行反风操作，所以这种方便反风和方便调节风量的风机已被广泛的应用。

3 通风机典型的故障机理和振动特征分析

3.1 转子不平衡故障及其振动特征

转子不平衡是主通风机最为常见的故障类型，引起转子不平衡的原因有很多，主要原因有转子的质量不平衡、结构不合理、动平衡等级低、部件脱落或转子结垢等，虽然有很多原因可以引起转子的不平衡，但核心问题相似，主要是因为转子质量偏心。

通风机转子不平衡故障的表现形式：风机的转速较低时，振动的幅值趋于零，但是风机振动的振幅随转速变化明显，振幅会有一个突然增加的过程。通风机转子不平衡引起的振动特点如下：①通风机转子不平衡能够引起整个通风机振动振幅的增大，振幅在转子一阶临界转速和二阶临界转速的时候出现明显的峰值；②通风机的振动主要是以倍频振幅为主；③振动方向径向且轴心轨迹为椭圆型，相位突变后稳定。

3.2 转轴不对中故障及其振动特征

通风机转轴不对中是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的不重合，主要原因有：热膨胀量不够、对中技术要求不准、超负荷工作、基础沉降不匀和轴系各部热变形不同等。转轴不对中主要有联轴器平行不对中和联轴器偏角不对中两种，在发生转轴不对中振动时转子轴向振动值变大，联轴器相连的轴承处振动很大，而且振动随风机的转速和负荷变化明显，油温、流量、负压在这种情况下都会对通风机的振动产生影响。

转轴不对中故障的振动特点为：①通风机振动频率出现二倍频，并以一、二倍频分量为主；②轴心轨迹呈双环椭圆，振动方向为径向和轴向，相位特征较稳定；③通风机的振动对负荷、转速的变化敏感，当负荷或者转速发生改变时，通风机的振动状态也会很快做出相应变化。

3.3 转轴碰磨故障及其振动特征

通风机在运行时，由于动静件之间（转子与轴承、密封、隔板）由于间隙不当会发生碰撞或者摩擦，再加上运行过程中的不平衡、热膨胀不均匀和对中不良等因素的影响，会加剧动静件之间的碰撞或者摩擦，转轴摩擦由于影响因素有很多，所以产生的通风机振动是多样化的，严重的会造成通风机不能正常工作，甚至损坏通风机。

转轴碰磨故障的振动特点为：①转轴碰磨会造成通风机振动时域波形畸形，严重的会引起削波，还会出现高低谐波和低次谐波以及组合谐波；②振动方向为径向，轴心轨迹紊乱不规则且扩散，振动非常不稳定；③转轴的动静件之间碰磨严重时，各频率成分的幅值也会迅速增加。

3.4 转轴裂纹故障及其振动特征

转轴裂纹的故障主要是由设计和制造时材质不良或者应力集中、频繁启动、升降过快、升压过猛、转子长期受交变力和转轴产生疲劳裂纹等因素造成的，当通风机的转速会影响振动的振幅，当转速达到一阶临界转速的一半时，通风机的振动信号会产生一个幅值，而且振动的幅值随负荷无规则变化，产生的振动都是非线性振动。

转轴裂纹故障的振动特点如下：①通风机的转轴裂纹故障会引起一、二倍频分量的增大；②通风机的转速在小于一阶临界转速时，会出现振动的幅值；③振动方向为径向和轴向，圆心轨迹是双椭圆或者不规则，相位不规则。

3.5 气流激振故障及其振动特征

当气流在风机内部不均匀流动时，会对风机内部造成不均匀的作用力，这种作用力会造成风机的振动，这种振动往往变现为低于工作转速的自激振动。

气流激振的振动特点为：①通风机的激振频率一般为0.6～0.9倍工频；②通风机振动的轴心轨迹在正常情况下表现出由小变大的振动方式，但是当出现气流激振故障时，由于存在不均匀的作用力，又使轴心轨迹由大变小。

3.6 油膜涡动故障及其振动特征

通风机的油膜涡动故障产生的主要原因有轴承设计或者制造不合理、轴承间隙不当、润滑油不良、油温或者油压不当和轴承的腐蚀和气蚀，油膜涡动振动随转速和油温的变化比较明显，涡动频率也会随着工作角频率的增加而变大，但是振幅通常情况下很小，当通风机的转速大于一阶临界转速的两倍以后，会产生油膜振动现象，这时会使通风机的振动突然变大。

油膜涡动故障的振动特点是：①油膜涡动轴心轨迹，呈现双环椭圆，产生的振动方向为径向；②通风机出现非线性振动并且振动强烈，有低沉吼叫声。

3.7 基座松动故障及其振动特征

通风机的基座松动故障也是常见的故障之一，主要原因是非转动部分制作工艺精确度不够，以及安装过程中部件之间存在明显的空隙，同时通风机的超负荷运行和机器的老化都会引起基座松动。

基座松动故障的振动特点为：①会引起转子的分数次谐波的产生，并有二倍频、三倍频的出现，并且当通风机的转速达到一定值后，振幅会突然增大或者减小；②轴心轨迹紊乱，相位特征不稳定。