矿井通风机常见故障分析及智能监控技术

2019-12-12任刚

煤 2019年12期

任刚

(长治市煤炭安全信息调度中心，山西长治 046000)

矿井通风机作为煤矿井下通风的重要机械设备，担负着向井下输送新鲜风流、排出粉尘、瓦斯等重要任务，为矿井作业人员提供安全保障，若通风机出现故障，将会给煤矿造成不可估量的损失[1]。整个矿井通风系统复杂多样，巷道变化或者机械设备老化均会引起通风异常，严重者会给矿井带来安全隐患[2]。为确保矿井安全、稳定通风，保障人员生命安全，降低通风机故障，本文从通风机常见故障着手，分析了风机故障原因，并提出了智能监控技术，为矿井通风机及时检修提供理论指导，提高矿井通风安全。

1 通风机常见故障分析

因井下在不间断生产、检修，需要每天24 h不停地为井下供风，通风机一直处于工作状态，长时间的运行必然造成风机出现故障，严重影响整个通风系统。为此，本文针对风机常见的轴承、扇叶、转子故障等[3]进行分析，为故障智能监控提供参数基础。

1) 轴承故障。矿井通风机出现的硬件故障，基本上绝大多数都是由轴承引起，不同的轴承引起不同的故障。据统计，一般风机会出现以下几个类型的轴承故障：若润滑油添加不及时或者出现异常时，轴承在运行过程中会因摩擦升温，但是其变化是先升高后降低，温度跳跃明显；若转轴不平衡或者转子不对中时，运行的轴承发生振动，触发温度急剧升高；除了因温度变化造成的轴承故障，另外就是轴承的滚珠、转子或者轴承外圈因质量而被磨损。

2) 扇叶故障。煤矿井下条件十分恶劣，环境复杂多变，风流中不仅夹杂瓦斯、粉尘，还含有带腐蚀性的气体，经常造成通风机扇叶出现故障，根据统计记录发现，风机扇叶故障类型主要为腐蚀和断裂。引发风机扇叶断裂主要是因为气流中含有较硬的颗粒(如煤矸石细小颗粒)，在高速旋转状态下细小颗粒就会对扇叶造成损伤。引发风机扇叶腐蚀损坏的是气流中含有二氧化硫、水蒸气等，在风叶高速旋转下，温度较高，水蒸气和二氧化硫发生化学反应形成硫酸，严重腐蚀风机扇叶。另外转子载荷分布不均匀，致使轴承磨损严重，也会造成扇叶产生故障。

3) 转子故障。风机电机转子产生故障主要有两类，分别为转子不对中和转子不平衡故障。风机电机转子故障影响较大，不仅会引起电机被烧坏，严重的会使联轴器断裂。通风机电机转子不平衡的原因是质量中心线与几何中心线不在一条线上。每个转子出现异常主要是因为不平衡，因此监控是主要监测转子的平衡性。

4) 电机绕组故障。矿井通风机的动力是电机，电机运行好坏主要看电机绕组，而电机绕组温度又是确保其运行的指标参数，一般电机绕组正常的运行温度在70～100℃，若电机绕组温度低于或者超过表明电机有异常。电机内部狭小的空间里安装了绕组，绕组的温度变化代表了电机运行状况，从电机开始启动到正常运转，电机绕组由较低温度上升至正常范围，若在运行过程中，温度不在此范围内，表明电机绕组发生故障，影响电机工作。

矿井通风机故障严重制约着井下通风效果，为确保井下安全供风，需要对风机的各个参数进行实时智能化监测，才能及时发现问题，自动启动报警功能，并作出反应，立即维修风机故障，给矿井通风系统奠定坚实的安全基础。

2 智能监控系统

针对矿井通风机常见故障，开发了集地面与井下于一体的智能化监控系统，见图1所示。井下传感器对通风系统各个执行元件进行数据采集，并与地面通风机运行状况进行对比，然后统一汇总至计算机端进行分析处理，用于判断、报警、控制及反馈，整个监控系统为矿井通风系统运行奠定基础[4-5]。智能化监控系统主要由地面控制中心、风机监测分站、井下执行元件等构成，在智能化监控软件控制下运行，防止风机出现异常。

图1 智能化监控系统

智能化监控系统可以远程实时监控通风机各个部件运行参数，也可以监控风机运行状况，一旦发生故障报警功能立即响应[6]。智能化监控系统硬件设施是由智能化传感器和执行结构、解调器等组成，具有智能自动化的分析处理功能，再配以智能化开发软件，可以在线监控风机轴承、扇叶、转子、电机绕组的各种运行参数、状态，并进行开关量和视频、图像采集，在软件界面上能够及时体现风机的性能参数。该系统良好地起到了保护风机故障，完成了远程控制和智能化管理的模式。矿井通风机智能化监控系统采用的远距离多数据传输，现有矿井中的通讯设施均能配套使用，满足矿井的兼容、便捷性，甚至能够实现无人员看护现场的目的。

智能化监控系统需要实时了解通风机的运行状态，就少不了各类传感器的辅助作用。风机上布置的各类传感器见图2所示，各类传感器能够把监测到的风压、风量、风速、轴温、转子温度、电机绕组温度、轴承温度、电流、电压、大气湿度等等参数通过通讯设备传输至PLC控制端，在PLC控制端处理后转变为模拟量输入到监控系统的软件中存储、分析、判断、记录，CPU进行高速运算，在智能终端的响应下，针对风机故障立即报警，并显示风机故障类型、原因、位置等信息，为检修风机提供有效信息。

图2 传感器在风机上的布置

3 故障智能响应

通风机智能监控系统的软件登陆界面如图3所示。软件将会对风机故障的诊断与正常情况进行对比，通过不断改变变量，查找与正常情况下的差距。设置了轴承故障、转子故障、电机绕组故障、扇叶故障4个类型的指示灯，用指示灯来预测通风机的状况，若为绿灯则表明风机运行稳定，红灯表示轴承故障，黄灯表示扇叶故障，蓝灯表示转子出现异常，橙色表明电机绕组温度不在正常范围内。这时系统就会自动发出报警，并显示故障位置及原因，给值班人员带来直观的提示，从而为应对风机故障提供了便捷性。

图3 智能监控风机登录系统

为了验证智能化监控系统的效果，在某矿进行了工业性试验。在试验过程中，主要对风机轴承温度、扇叶好坏、转子平衡性和电机绕组温度等参数进行了远程监控，通过传感器采集温度，PLC控制器对温度进行分析，CPU进行高速运算，智能软件进行融合、归档，并结合其他零部件温度数据采集情况综合分析，发现电机绕组温度呈现出异常状态，温度出现跳跃式骤然升高的情况，在PLC自动化控制器的分析判断下，得出了该风机电机在运行当中存在故障，智能软件立即发出报警，并在界面显示电机发生故障字样。停机进行检修，维修人员发现电机轴、减速器轴和其他零部件有局部烧坏的情况，表明在智能化监控下，有效节约了人工检修时间。矿井通风机智能化监控技术为矿井安全通风提供了技术保障，提高了矿井的通风系统的安全性和可靠性，节约了通风机维修成本，显著改善了通风机的检修效率。