煤矿空压机振动异常检测及分析

赵其龙

摘要：空压机是一种压缩空气的气压发生装置，它是气源装置的主体，可以将发动机的机械能转换成气体压力能。煤矿空压机在煤矿生产中可以运用气动工具为巷道通风，也可以对空气施加高压实现爆破采煤等功能。然而，煤矿空压机在运行的过程中，因为设备本身有故障或者遭受外来干扰，使得设备出现振动异常，为煤矿生产带来安全隐患。为此，本文对煤矿空压机振动异常检测及分析进行了探析，望能够促进我国煤矿生产的良性健康发展。

关键词：煤矿空压机；振动异常；检测与分析

煤礦空压机为煤矿生产提供了强有力的设备支持。此设备通过压缩空气可以驱动凿岩机和风镐等机械设备。出于安全考虑，在煤矿生产中，很多矿井中存在高瓦斯或者煤尘易引发爆炸风险，此时，在矿井中用煤矿压缩机比用电力更加的安全。因此，为了保证煤矿空压机的正常运行与煤矿生产的安全，在投入使用前对其进行振动异常检测工作则十分的重要。本文对煤矿空压机的作用、螺旋式煤矿空压机的特点与工作原理进行了阐述，并在此基础上对螺旋式煤矿空压机振动异常的原因进行了分析。由于动态信号呈现频谱特征，为此，本文将频谱分析法作为煤矿空压机振动异常检测分析手段。并结合分析得出的煤矿空压机振动异常的原因提出了有效地应对策略。

一、煤矿空压机的作用

就我国目前的煤矿生产来说，煤矿空压机已经得到了广泛地应用。通过结合具体的煤矿生产，以下内容对煤矿空压机在煤矿生产中的作用进行了简单地阐述。具体作用可以分为三点：首先，煤矿空压机可以为其他生产设备提供动力支持。在煤矿生产中，除了会用到煤矿压缩机外，也会用到凿岩机、风镐等机械设备。这些设备的正常运转需要一定的动力支持。此时，煤矿空压机通过压缩空气，可以为工作人员驱动凿岩机、风镐等设备提供充足的动力支持，进而保证煤矿生产活动的正常进行。其次，煤矿空压机可以提高矿井人员的自救能力。在煤矿生产中，有些矿井会含有较多的瓦斯，为了促进空气流通，生产企业可以通过运用煤矿空压机为矿井提供气体，增加矿井内的空气含量。这样不仅可以降低瓦斯事故的发生系数，也可以在发生安全事故时，提高矿井工作人员的自救能力，进而减少安全事故造成的人员伤亡系数。最后，煤矿空压机可以对空气施加高压，实现爆破采煤功能。

二、螺旋式煤矿空压机的特点与工作原理

（一）螺旋式煤矿空压机的特点

就我国目前的煤矿生产来说，广泛应用的是螺旋式煤矿空压机。此设备在煤矿生产中具有一些显著的特点，具体内容如下：

1、较高的可靠性。螺旋式煤矿空压机的内部零部件不易被磨损，相比其他设备，此类型的设备使用寿命会更长。这样不仅可以使机械设备保持良好的工作状态，也可以提高煤矿生产的工作效率。

2、易操作，日常维护简便。螺旋式煤矿空压机的操作比较简便，工作人员可以在短时间内掌握操作技能与操作规范。同时，由于此设备的高可靠性，使得此设备的日常维护工作也比较的便捷。

3、机组重量轻、噪音小。螺旋式煤矿空压机的整体重量要比其他类型设备的重量要小，而且在运行的过程中噪音小，可以减少给周围环境带来的噪音污染。

（二）螺旋式煤矿空压机的工作原理

螺旋式空气压缩机的工作过程有四个阶段：吸气阶段、压缩阶段、喷油阶段以及排气阶段，这四个阶段循环往复进[1]。具体的工作过程如下：

第一阶段：吸气阶段。吸气阶段是螺旋式煤矿空压机的起始阶段。此阶段的完成需要电动机驱使转子达到高速旋转状态，在开口位置，当主副转子间的齿沟空间呈现最大状态时，会相应的形成负压，就会驱动外部空气被吸入转子。当转子离开进气口时，转子和机壳也被填满了空气，此时，转子和机壳会被密封，防止空气外泄。空气在转子和机壳密封后，螺旋式煤矿空压机的吸气阶段也就相应的完成了。

第二阶段：压缩阶段。压缩阶段是螺旋式空气压缩机对空气进行压缩的过程。吸气阶段完成后转子继续高速旋转，并且以螺旋状方式不断地进行移动，这样转子和机壳内的封闭空间就会逐渐的被压缩，空气也随之被压缩。

第三阶段：喷油阶段。在压缩阶段，由于转子和机壳内的空间逐渐被压缩，使得被压缩空气的温度与压力逐渐增加。为了降低空气的温度、压力和减少空气带给设备的摩擦力，润滑剂在强大压力作用下会以喷雾装的方式喷入压缩机的腔体。

第四阶段：排气阶段。压缩机的转子会不断地进行旋转，当与机壳的排气口相通的时候，被压缩的空气就会通过排气口不断的被释放。而当齿沟与排气断面重合时，被压缩的空气就会全部的被释放出去，压缩机的排气过程也就完成了。

三、螺旋式煤矿空压机振动异常分析

在煤矿生产中，螺旋式煤矿空压机在运行的过程中，会出现振动异常、噪音较大等形式的振动故障。而动态信号的主要特征则是频谱信号，为此，以下内容结合频谱分析法针对螺旋式煤矿空压机振动异常这一设备故障进行详细地分析。

（一）信号采集与处理设备

为了对故障进行有效地分析，本文将利用频谱分析法。而合理运用此种分析法发的前提是需要对频谱信号进行采集。采集信号、处理信号的过程中，需要用到INV360DM信号分析仪、INV多功能放大镜、传感器等设备[2]。而具体的采集过程如下：（1）传感器负责采集振动频谱数据。为了满足数据采集需求，工作人员需要有效地选择传感器的种类与布置传感器的检测点。传感器的种类一般选择三向型。而检测点的数量与具体位置则需要结合现场实际的情况来分析并进行布置。煤矿空压机的检测点一般需要布置10个，位置则位于电动机的机壳上、左上和右上轴承杯。同时，在机座上、左、右不同方位以及排气端盖的位置也需要设置检测点。通过对检测点进行合理的布置，可以确保采集到的检测数据的全面性。（2）为了保证采集到的数据的精准性与可靠性，需要利用放大镜奖频谱放大，再由滤波器对噪声进行有效地控制。

（二）参数计算分析

数据采集完成后，就需要对数据进行有效地处理，通过对数据进行转换、存储和显示，实现对数据的利用。本文结合某矿的螺杆式空压机情况与使用说明书，对空压机的功率、频率、额定转速、螺杆槽、星轮齿数等参数进行确认，并以此为基础，进行转动频率、啮合频率、星轮转动频率等相关参数的计算。具体计算公式如下：

转动频率计算公式：f=n/60

啮合频率计算公式：fc=Zc·f

星轮转动频率计算公式：fs=fc/zs

（三）结果分析

1、左星轮会造成螺旋式煤矿空压机出现振动异常

通过将频谱分析与计算得出的啮合频率进行比较，我们可以发现，当螺旋式煤矿空压机的螺杆在明显振动的情况下，螺杆并没有出现高阶的振动。通过对螺旋式煤矿空压机的具体情况进行分析，可以得出，螺杆的这种振动情况是不存在异常，是属于正常的现象。因此，我们可以判断得出：星轮与螺旋式煤矿空压机振动之间存在着联系。这就需要我们根据星轮的测试数据，来分析星轮的振动频谱。通过分析，我们进一步地得出：左星轮的振动明显的大于右星轮的振动，而左星轮就是引起螺旋式煤矿空压机出现振动异常的原因。通过对星轮频谱的分析曲线进行分析发现，频谱中出现了异常情况，而引起空压机出现异常故障的原因也是源于左星轮[3]。

2、设备安装与螺旋式煤矿空压机的振动异常有关

结合某矿螺旋式煤矿空压机的使用情况，可以发现空压机投入使用的时间并不长，这就说明煤矿空压机的左星轮不会出现磨损或者零件老化等设备问题，因此可以判断螺旋式煤矿空压机振动与设备的安装具有关系。当左星轮的支撑轴出现松动时，会引起轴承壳与外壳不断地发生碰撞，进而造成螺旋式煤矿空压机出现振动异常。

四、螺旋式煤矿空压机振动异常的解决措施

检测出螺旋式煤矿空压机出现振动异常的原因是左星轮出现了故障，这样就方便了工作人员有针对性地制定出合理且有效的解决措施。

（一）及时停机检测

在分析结果得出以后，就需要将有故障的螺旋式煤矿空压机停机，将其左星轮拆卸并进行全面地检测。及时地停机检测不仅可以防止有振动故障的螺旋式煤矿空压机投入后续的煤矿生产，也可以进一步地验证分析结果的精准性与科学性。在确认左星轮的支撑轴出现了松动后，再有针对性的采取后续的维护措施。

（二）对螺旋式煤矿空压机的左星轮进行加固处理

分析结果与拆卸检测实践都证明了螺旋式煤矿空压机出现振动异常的原因是左星轮的支撑轴出现了松动。此时，就需要由专门的机械维修人员对支撑轴进行加固处理。支撑轴松动的螺旋式煤矿空压机在煤矿生产中，不仅增加了煤矿生产的安全隐患，也会降低煤矿生产的工作效率。通过对支撑轴进行加固，可以将支撑轴松动造成的不良影响扼杀在摇篮里。在进行加固处理时，维修人员需要注意：为了提高加固处理的工作质量，需要合理地设置轴承垫块。将轴承垫块的接触面积控制在总面积的百分之七十五以上，且保持平整度[4]。

（三）合理调整支撑轴的游隙情况

支撑轴的游隙情况也会在一定程度上引起螺旋式煤矿空压机出现振动异常，为此，需要对支撑轴的游隙情况进行实时的管控并对其进行合理地调整。

（四）及时更换已受磨损的轴承

经过检测，煤矿空压机的轴承已经出现了磨损。此时，为了保证煤矿生产的安全，也为了提高煤矿生产的工作效率，就需要及时的将受磨损的轴承更换掉。更换完成后，为了防止轴承磨损引起煤矿空压机在运行过程中出现振动异常，则需要对新的轴承进行定时的检测与维护。为了提升轴承的润滑度，并防止再次磨损，则需要做好轴承的润滑工作。在润滑的过程中，如果发现轴承出现了问题，则需要更换或采取相应的措施进行补救。总之，避免有问题的轴承投入煤矿生产。

（五）做好煤矿空压机的日常检测与维护工作，建立检测维护信息管理档案

为了保障投入使用的煤矿空压机的性能正常，则需要对检测与维护周期进行合理科学地制定。检测维护人员可以结合企业具体的生产要求与空压机现有的检测日期，对空压机展开日检、周检、月检。另外，工作人员可以结合检测与维护数据制定出一套有效且完善的信息管理档案。工作人员要将每次的检测维护情况记入信息管理档案，这样可以方便后续工作人员对每台煤矿空压机的具体使用情况与性能进行全面的了解，而且当设备出现故障时，现有工作人员也可以及时地调取出过往的维修简历，进而及时的排查检测出煤矿空压机出现故障的原因，并对其进行维修。从总体来讲，做好煤矿空压机的日常检测与维护工作，可以保证煤矿空压机正常运转，也可以大大地提高设备的工作效率。

（六）提高煤矿空压机检测与维护人员的责任意识

作为煤矿空压机的检测与维护人员一定要充分的认识到自身工作的重要性。煤矿空压机的正常运转保证了煤矿生产活动的正常进行，这不仅提高了煤矿生产的工作效率，也保证了所有煤矿生产人员的人身安全。为此，煤矿空压机的检测维护人员，在日常的工作中，要提高自身的责任意识，并防止出现工作疏忽。做好检测与维护记录，并将信息认真地记录到设备的信息管理档案。同时，当煤矿空压机出现振动异常时，要及时的将情况向有关部门反映，并及时的停止设备，防止带有振动故障的设备参与到后续的煤矿生产活动中。

五、结束语

总之，本文针对煤矿空压机在煤矿生产中的作用进行了简单的分析，并对煤礦生产中广泛应用的螺旋式煤矿空压机的特点与工作原理进行了详细的阐述，在此基础上，利用频谱分析法，对螺旋式煤矿空压机出现振动异常的原因进行了分析。通过分析发现引起螺旋式煤矿空压机出现振动的原因是左星轮的支撑轴出现了松动。为了保证煤矿生产的正常进行，并有效的解决螺旋式空压机的振动异常，本文提出了应对措施。在检测分析出振动异常的原因后，煤矿生产单位需要及时的对设备进行停机检测，验证分析结果的精准性与科学性；对螺旋式煤矿空压机的左星轮进行加固处理；合理调整支撑轴的游隙情况；及时更换已受磨损的轴承；做好煤矿空压机的日常检测与维护工作，建立检测维护信息管理档案；提高煤矿空压机检测与维护人员的责任意识。通过这些措施的有效实施，螺旋式煤矿空压机的振动异常情况得到了有效地解决。也希望能够给煤矿生产企业的相关工作人员带来一定的启示作用，并促进我国煤矿生产事业的可持续、快速、健康发展。

参考文献：

[1]陈文钰.煤矿空压机振动异常检测及分析[J].江西煤炭科技，2017（2）：67-69.

[2]王柱天.煤矿空压机振动异常检测与处理分析[J].论坛装备，2018（3）：140-141.

[3]卢世忠，文剑峰，余法松，等.往复式和螺杆式空压机振动包络频谱图对比分析及故障点的判断[J].河南化工，2016（30）：52-54.

[4]李招娣.空压机振动异常故障检测与分析[J].山东煤炭科技，2017（3）：110-112.

[5]煤矿螺杆空压机振动分析及改进[J]. 陈虹微，王荣杰. 煤矿机械. 2015（10）

[6]往复式和螺杆式空压机振动包络频谱图对比分析及故障点的判断[J]. 卢世忠，文剑峰，余法松，李建平. 河南化工. 2013（05）

[7]利用频谱分析技术进行空压机的故障诊断[J]. 王丽君，乔文生. 风机技术. 2005（02）