礦井通風機振動故障診斷研究

王永紅

（貴州大方煤業有限公司 貴州畢節 551700）

礦井通風機振動故障診斷研究

王永紅

（貴州大方煤業有限公司 貴州畢節 551700）

振動是礦井通風機機械故障的主要表現形式，發生故障時往往伴隨振動信號的異常，因此加強通風機振動故障診斷具有現實意義。本文首先對礦井通風機進行了簡單論述，其后就通風機典型的故障機理和振動特征展開了具體分析，以期為相關人員提供參考。

礦井通風機；軸流式通風機；振動故障診斷

1 引言

礦井主通風機的安全運行對煤礦安全生產和人員安全有著很重大的影響，因而在相關規程中對于煤礦安全運行有一定的要求，礦井主通風機在使用過程中應定期進行振動性能測試，以保證設備高效、安全、經濟地運轉。因此，應用振動參數進行故障診斷，減少風機事故的發生是十分必要的。

2 礦井通風機概述

2.1 礦井主通風機的分類

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。

2.2 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。

3 通風機典型的故障機理和振動特征分析

3.1 轉子不平衡故障及其振動特征

轉子不平衡是主通風機最為常見的故障類型，引起轉子不平衡的原因有很多，主要原因有轉子的質量不平衡、結構不合理、動平衡等級低、部件脫落或轉子結垢等，雖然有很多原因可以引起轉子的不平衡，但核心問題相似，主要是因為轉子質量偏心。

通風機轉子不平衡故障的表現形式：風機的轉速較低時，振動的幅值趨于零，但是風機振動的振幅隨轉速變化明顯，振幅會有一個突然增加的過程。通風機轉子不平衡引起的振動特點如下：①通風機轉子不平衡能夠引起整個通風機振動振幅的增大，振幅在轉子一階臨界轉速和二階臨界轉速的時候出現明顯的峰值；②通風機的振動主要是以倍頻振幅為主；③振動方向徑向且軸心軌跡為橢圓型，相位突變后穩定。

3.2 轉軸不對中故障及其振動特征

通風機轉軸不對中是指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的不重合，主要原因有：熱膨脹量不夠、對中技術要求不準、超負荷工作、基礎沉降不勻和軸系各部熱變形不同等。轉軸不對中主要有聯軸器平行不對中和聯軸器偏角不對中兩種，在發生轉軸不對中振動時轉子軸向振動值變大，聯軸器相連的軸承處振動很大，而且振動隨風機的轉速和負荷變化明顯，油溫、流量、負壓在這種情況下都會對通風機的振動產生影響。

轉軸不對中故障的振動特點為：①通風機振動頻率出現二倍頻，并以一、二倍頻分量為主；②軸心軌跡呈雙環橢圓，振動方向為徑向和軸向，相位特征較穩定；③通風機的振動對負荷、轉速的變化敏感，當負荷或者轉速發生改變時，通風機的振動狀態也會很快做出相應變化。

3.3 轉軸碰磨故障及其振動特征

通風機在運行時，由于動靜件之間（轉子與軸承、密封、隔板）由于間隙不當會發生碰撞或者摩擦，再加上運行過程中的不平衡、熱膨脹不均勻和對中不良等因素的影響，會加劇動靜件之間的碰撞或者摩擦，轉軸摩擦由于影響因素有很多，所以產生的通風機振動是多樣化的，嚴重的會造成通風機不能正常工作，甚至損壞通風機。

轉軸碰磨故障的振動特點為：①轉軸碰磨會造成通風機振動時域波形畸形，嚴重的會引起削波，還會出現高低諧波和低次諧波以及組合諧波；②振動方向為徑向，軸心軌跡紊亂不規則且擴散，振動非常不穩定；③轉軸的動靜件之間碰磨嚴重時，各頻率成分的幅值也會迅速增加。

3.4 轉軸裂紋故障及其振動特征

轉軸裂紋的故障主要是由設計和制造時材質不良或者應力集中、頻繁啟動、升降過快、升壓過猛、轉子長期受交變力和轉軸產生疲勞裂紋等因素造成的，當通風機的轉速會影響振動的振幅，當轉速達到一階臨界轉速的一半時，通風機的振動信號會產生一個幅值，而且振動的幅值隨負荷無規則變化，產生的振動都是非線性振動。

轉軸裂紋故障的振動特點如下：①通風機的轉軸裂紋故障會引起一、二倍頻分量的增大；②通風機的轉速在小于一階臨界轉速時，會出現振動的幅值；③振動方向為徑向和軸向，圓心軌跡是雙橢圓或者不規則，相位不規則。

3.5 氣流激振故障及其振動特征

當氣流在風機內部不均勻流動時，會對風機內部造成不均勻的作用力，這種作用力會造成風機的振動，這種振動往往變現為低于工作轉速的自激振動。

氣流激振的振動特點為：①通風機的激振頻率一般為0.6～0.9倍工頻；②通風機振動的軸心軌跡在正常情況下表現出由小變大的振動方式，但是當出現氣流激振故障時，由于存在不均勻的作用力，又使軸心軌跡由大變小。

3.6 油膜渦動故障及其振動特征

通風機的油膜渦動故障產生的主要原因有軸承設計或者制造不合理、軸承間隙不當、潤滑油不良、油溫或者油壓不當和軸承的腐蝕和氣蝕，油膜渦動振動隨轉速和油溫的變化比較明顯，渦動頻率也會隨著工作角頻率的增加而變大，但是振幅通常情況下很小，當通風機的轉速大于一階臨界轉速的兩倍以后，會產生油膜振動現象，這時會使通風機的振動突然變大。

油膜渦動故障的振動特點是：①油膜渦動軸心軌跡，呈現雙環橢圓，產生的振動方向為徑向；②通風機出現非線性振動并且振動強烈，有低沉吼叫聲。

3.7 基座松動故障及其振動特征

通風機的基座松動故障也是常見的故障之一，主要原因是非轉動部分制作工藝精確度不夠，以及安裝過程中部件之間存在明顯的空隙，同時通風機的超負荷運行和機器的老化都會引起基座松動。

基座松動故障的振動特點為：①會引起轉子的分數次諧波的產生，并有二倍頻、三倍頻的出現，并且當通風機的轉速達到一定值后，振幅會突然增大或者減小；②軸心軌跡紊亂，相位特征不穩定。

4 結語

綜上所述，礦井通風機是保證礦井安全生產的核心設備，振動診斷技術應用到礦井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、延長使用壽命具有重要意義。

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1004-7344（2016）13-0185-02

2016-4-15