煤礦通風機振動原因及檢測方法

馬驄

摘要：煤礦通風機是煤礦主要設備之一，只有通風機正常運轉才能保證煤礦的正常生產：所以煤礦用通風機要按期對其進行檢測檢驗從而保證通風機的正常運轉。在檢測檢驗過程中常常會遇到通風機振動超的問題，本文對通風機振動超標的原因及檢測做出了分析。

關鍵詞：煤礦；通風機；振動原因

引言

據統計，我國煤炭工業生產中，因煤礦通風設備而發生的事故中，機械事故占通風機組事故的68.9%，盡管一部分事故因有備用通風機而未造成嚴重后果，但還有一些事故既影響了生產，又造成了慘重的傷亡。因此對煤礦通風設備進行狀態監測與故障診斷是急需研究解決的問題。

一、煤礦主通風機的分類

風機的種類有很多，分類方法也很多，主要包括以下幾種：①按照葉輪中風的走向可以分為離心式和軸流式風機；②按照葉輪的數目可以分為單級和雙級風機；③按照產生的壓強可以分為低壓風機、中壓風機和高壓風機；④按照動力來源可分為葉片式和容積式風機。

二、軸流式通風機特點與工作原理

下面主要介紹軸流式通風機。

軸流式風機的主要特點：外界空氣從風機的軸向進入，經過風機之后仍然沿風機的軸向流出。軸流式風機主要是由葉輪、主軸和機殼組成，葉輪是由輪轂和葉片兩部分組成，其工作原理是：當主軸得電轉動，進而帶動葉輪上的葉片旋轉，由于葉片間有一定的角度，所以氣體可以通過葉輪，從風機中流出，同時由于葉片附近的氣體被排出，葉片周圍的壓力就會變小，風機入口處形成負壓，外界空氣由于壓力差，被壓進風機，進入風機的氣體又經過葉片的轉動被排出，由于葉片持續的轉動，這樣就能循環的吸入和排除氣體。

軸流式通風機葉輪上的葉片既可以是固定角度的，調整角度時需要停車調整，也可以根據井下風量需要，通過葉片角度執行器進行動態調節，一般可調角度為-30～10°。這樣通過葉片角度的調節既可以實現抽風又可以實現反風。軸流式通風機通常被應用于風量要求較高而負壓要求較低的場合。

由于軸流式通風機的特點，現如今已廣泛應用于國內各大煤礦，而采用最多的是對旋軸流式通風機。對旋式軸流通風機主要是由集流器、進出口消音器、整流罩、電動機、一級葉輪、二級葉輪和擴壓器組成，主要特點就是有兩個葉輪，兩個葉輪并排放置，并有一定間隙，工作的時候兩個葉輪的轉動方向相反，一個順時針另一個就要逆時針，工作時產生的風量大、噪聲分貝小而且比較節能是對旋軸流式通風機具有的特點，這種結構只要通過配電柜的換相操作，使風機葉輪反轉，即可實現反風，由于煤礦要定期進行反風操作，所以這種方便反風和方便調節風量的風機已被廣泛的應用。

三、通風機典型的故障原因和振動檢測分析

某煤礦西風井有2臺G4-73-11.28D型離心式風機，各配有1臺YR1250-8/1430型電動機，額定電壓6kV，功率1250kW，轉速730r/min，1臺工作，1臺備用。其中1臺于2017年8月出現電動機噪聲增大，其軸承振幅逐漸增大，高達60m，電動機驅動端軸承振幅軸瓦溫度達80℃。為查找設備問題，消除隱患，采用TV310型振動數據采集器，對軸承的振動頻譜及相位數據進行收集，并進行必要的細化分析，進而查找故障部位及原因。

從電動機和風機驅動端軸承入手，分別對其振動進行布點、數據采集、頻譜分析，明確問題的來源，查找故障原因。

3.1 電動機軸承的頻譜分析

分別采集電動機軸承蓋的水平、垂直、軸向3個方向運轉狀態下的數據。得出轉速730r/min，頻率24.83Hz時電動機驅動端水平方向振動頻譜圖如圖1a所示，電動機非驅動端的軸向振動頻譜圖如圖1b所示。由圖1a可以明顯地看出，電動機驅動端水平方向以1倍頻和2倍頻分量為主要分量，多數情況超過1倍頻分量，2倍頻下的振幅約為1倍頻下振幅的2倍，3倍頻以上工作頻率下的振幅較小。從圖2可以看出，電動機非驅動端軸向以1倍頻振動為主。通過頻譜比較分析，發現水平1倍頻均超標，并伴有2倍頻、3倍頻、4倍頻等工作頻率下的振動，且2倍頻基頻諧波較突出，說明聯軸器對中有問題；風機的振動幅值隨負荷的增加而升高現象比較明顯，可以推斷風機與電動機間齒型聯軸器存在對中問題，角向不對中問題突出。因此，可判斷聯軸器對中故障是電動機異常振動的原因。

3.2時域波形分析

圖2a是電機轉速為730r/min，頻率為24.82Hz時電動機驅動端軸承水平方向振動時域波形圖。圖2a中顯示原始振動信號的正弦波，當電機轉子每轉動1圈時，電機轉子出現2次跳躍，跳動幅值較大，由此可進一步推斷電機與風機之間的聯軸器對中存在嚴重缺陷。

3.3聯軸器故障分析

載荷的變化會引起輪齒剛性的變化，從而引起輪齒的振動，這種振動通常稱為嚙合振動。在正常情況下，嚙合振動是較近似于簡諧振動的小幅值振動，該振動在頻譜圖上會出現嚙合頻率及其各次諧波成分。由于軸系中心擾動較大，因此，電動機氣隙變化也較大，其軸承振動信息的時域波形顯示出了磁隙中心很不穩定。

圖2b是轉速為730r/min，頻率為24.82Hz時測取的電動機驅動端水平方向高頻頻譜圖。圖中頻率是以齒輪軸的旋轉頻率為基本頻率，預示齒輪存在齒輪偏心、局部斷或裂紋等故障。從電動機驅動端軸承水平方向高頻頻譜可以判斷齒型聯軸器存在裂紋。因此，綜合分析表明，電動機與風機之間的齒型聯軸器存在斷齒和裂紋，且聯軸器裂紋是引起振動幅值隨負荷顯著變化的根本原因。

根據分析判斷，決定更換聯軸器。拆卸后發現聯軸器外部齒套存在1條與軸線成45°角的裂紋，已貫穿齒套軸向1/3位置，內齒已斷裂多個且多數齒銹蝕。重點作了以下工作：更換齒型聯軸器并重新找中心，聯軸器拆除及復裝過程中為避免轉子彎曲，聯軸器中心應符合規定技術標準（檢查軸瓦磨損情況，調整軸瓦間隙符合標準）；調整齒型聯軸器的齒頂間隙及側隙符合要求，內部齒用油脂充分填充；更換齒型聯軸器軸端密封件，保證油脂密封可靠。

四、結束語

煤礦通風機是保證煤礦安全生產的核心設備，振動診斷技術應用到煤礦通風機安全運轉管理中，對其可能出現的故障現象進行監測、診斷和分析，能實現故障預報，提高故障診斷的準確性，對保證設備可靠運轉、積累維護經驗、減少運行成本、延長使用壽命具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]劉曉慶.煤礦通風機振動故障及分析[J].現代礦業，2017，33（06）：193-194+205.