煤矿通风机振动原因及检测方法

马骢

摘要：煤矿通风机是煤矿主要设备之一，只有通风机正常运转才能保证煤矿的正常生产：所以煤矿用通风机要按期对其进行检测检验从而保证通风机的正常运转。在检测检验过程中常常会遇到通风机振动超的问题，本文对通风机振动超标的原因及检测做出了分析。

关键词：煤矿；通风机；振动原因

引言

据统计，我国煤炭工业生产中，因煤矿通风设备而发生的事故中，机械事故占通风机组事故的68.9%，尽管一部分事故因有备用通风机而未造成严重后果，但还有一些事故既影响了生产，又造成了惨重的伤亡。因此对煤矿通风设备进行状态监测与故障诊断是急需研究解决的问题。

一、煤矿主通风机的分类

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。

二、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，叶轮是由轮轂和叶片两部分组成，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。

三、通风机典型的故障原因和振动检测分析

某煤矿西风井有2台G4-73-11.28D型离心式风机，各配有1台YR1250-8/1430型电动机，额定电压6kV，功率1250kW，转速730r/min，1台工作，1台备用。其中1台于2017年8月出现电动机噪声增大，其轴承振幅逐渐增大，高达60m，电动机驱动端轴承振幅轴瓦温度达80℃。为查找设备问题，消除隐患，采用TV310型振动数据采集器，对轴承的振动频谱及相位数据进行收集，并进行必要的细化分析，进而查找故障部位及原因。

从电动机和风机驱动端轴承入手，分别对其振动进行布点、数据采集、频谱分析，明确问题的来源，查找故障原因。

3.1 电动机轴承的频谱分析

分别采集电动机轴承盖的水平、垂直、轴向3个方向运转状态下的数据。得出转速730r/min，频率24.83Hz时电动机驱动端水平方向振动频谱图如图1a所示，电动机非驱动端的轴向振动频谱图如图1b所示。由图1a可以明显地看出，电动机驱动端水平方向以1倍频和2倍频分量为主要分量，多数情况超过1倍频分量，2倍频下的振幅约为1倍频下振幅的2倍，3倍频以上工作频率下的振幅较小。从图2可以看出，电动机非驱动端轴向以1倍频振动为主。通过频谱比较分析，发现水平1倍频均超标，并伴有2倍频、3倍频、4倍频等工作频率下的振动，且2倍频基频谐波较突出，说明联轴器对中有问题；风机的振动幅值随负荷的增加而升高现象比较明显，可以推断风机与电动机间齿型联轴器存在对中问题，角向不对中问题突出。因此，可判断联轴器对中故障是电动机异常振动的原因。

3.2时域波形分析

图2a是电机转速为730r/min，频率为24.82Hz时电动机驱动端轴承水平方向振动时域波形图。图2a中显示原始振动信号的正弦波，当电机转子每转动1圈时，电机转子出现2次跳跃，跳动幅值较大，由此可进一步推断电机与风机之间的联轴器对中存在严重缺陷。

3.3联轴器故障分析

载荷的变化会引起轮齿刚性的变化，从而引起轮齿的振动，这种振动通常称为啮合振动。在正常情况下，啮合振动是较近似于简谐振动的小幅值振动，该振动在频谱图上会出现啮合频率及其各次谐波成分。由于轴系中心扰动较大，因此，电动机气隙变化也较大，其轴承振动信息的时域波形显示出了磁隙中心很不稳定。

图2b是转速为730r/min，频率为24.82Hz时测取的电动机驱动端水平方向高频频谱图。图中频率是以齿轮轴的旋转频率为基本频率，预示齿轮存在齿轮偏心、局部断或裂纹等故障。从电动机驱动端轴承水平方向高频频谱可以判断齿型联轴器存在裂纹。因此，综合分析表明，电动机与风机之间的齿型联轴器存在断齿和裂纹，且联轴器裂纹是引起振动幅值随负荷显著变化的根本原因。

根据分析判断，决定更换联轴器。拆卸后发现联轴器外部齿套存在1条与轴线成45°角的裂纹，已贯穿齿套轴向1/3位置，内齿已断裂多个且多数齿锈蚀。重点作了以下工作：更换齿型联轴器并重新找中心，联轴器拆除及复装过程中为避免转子弯曲，联轴器中心应符合规定技术标准（检查轴瓦磨损情况，调整轴瓦间隙符合标准）；调整齿型联轴器的齿顶间隙及侧隙符合要求，内部齿用油脂充分填充；更换齿型联轴器轴端密封件，保证油脂密封可靠。

四、结束语

煤矿通风机是保证煤矿安全生产的核心设备，振动诊断技术应用到煤矿通风机安全运转管理中，对其可能出现的故障现象进行监测、诊断和分析，能实现故障预报，提高故障诊断的准确性，对保证设备可靠运转、积累维护经验、减少运行成本、延长使用寿命具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]刘晓庆.煤矿通风机振动故障及分析[J].现代矿业，2017，33（06）：193-194+205.