礦用局部通風機故障監測系統應用分析

魏樹龍

（山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司，山西 晉城048100）

1 概述

山西煤炭運銷集團陽城四侯煤業有限公司（全文簡稱四侯煤礦）3201進風順槽掘進工作面，主要用于3201進風順槽掘進工作面通風、運輸、行人等。3201進風順槽掘進工作面開口點位于原第二探巷開口處南幫1 m處（幫至幫），開口方位角194°48′3″，施工長度1 125 m；巷道為矩形斷面，毛寬4.0 m，毛高3.2 m，沿煤層底板布置。

巷道掘進期間在巷道開口以北20 m進風流處安裝兩臺FBD礦用壓入式軸流局部通風機，風機電機功率為30 kW，風機吸風量為467 m3/min，采用阻燃柔性風筒將風流引進工作面，風筒直徑為0.8 m。

截止目前3201進風順槽已掘進420 m，由于受施工環境、風機檢修維護力度等影響，巷道掘進前期共計出現5次故障，巷道停風時間達17 h，導致巷道局部出現瓦斯積聚現象，威脅著巷道安全快速掘進；為了進一步提高局部通風機運轉效率，保證巷道安全供風，四侯煤礦通過技術研究對巷道掘進前期風機主要出現的故障進行分析，并安裝一套風機故障檢測系統。

2 掘進前期風機常見故障類型

2.1 軸承振動故障

3201進風順槽掘進前期局部通風機軸承振動時最常見的故障。由于軸承是風機主要的部件，生產廠家在加工軸承時，由于工序工藝未達到標準要求很容易導致軸承的結構出現誤差，當這種軸承安裝在風機上后會在軸的較大載荷下產生強烈激勵，導致軸承發生振動。其次，軸承在使用過程中未按照要求及時更換會導致軸承表面出現擦傷，也會導致軸承在使用時發生振動。當軸承振動超過一定界限時會帶動整個風機振動，直接導致整個風機運行異常。

2.2 油路故障

風機在運行時軸頸常常會帶動油路內的潤滑油高速流動，導致風機與潤滑油產生振動。根據維修人員的現場觀察，油路系統故障主要包括油膜振蕩和油膜渦動兩種故障。當風機在正常運行時，如渦動頻率與轉軸的臨界轉動頻率接近時，渦動振幅會在共振的作用下達到最大，出現油膜振蕩；當風機轉子在不穩定的狀態下運行時，軸頸會圍繞著繞軸平衡點進行高速渦動旋轉，渦動旋轉頻率為轉軸角速度頻率一半時產生油膜渦動。油路一旦出現故障將直接導致風機不能正常運轉。

2.3 電機振動故障

風機電機的機械效應與電磁效應不平衡造成風機出現電機振動。若電機在不平衡的狀態下運行時，銷孔及膠圈會出現不同程度的磨損，這將造成風機重心出現較大的偏移，最終電機在離心力的作用下發生振動。此外，電機在正常生產時，產生的電磁場與能量轉換會對機座產生一定的旋轉扭力，這也會造成風機出現振動。

2.4 葉輪振動故障

由于3201進風順槽工作面施工環境差，空氣中夾雜較多的粉塵，風機葉輪在運轉時將空氣中的煤塵吸入并粘連在葉片上，導致風機葉片孔洞周圍出現煤塵的大量積聚，造成葉輪發生異常振動，風機在異常振動的同時發出異響。

3 局部通風機故障監測系統應用分析

3.1 局部通風機故障監測系統設計方案

四候煤礦技術人員通過對以上故障類型進行分析，軸承及電機的異常震動均會造成風機發生故障。為了確保風機運行的平穩性，技術人員在風機上安裝各類傳感器對風機的運行數據進行監測，確保風機出現異常時能夠及時發現，并對風機監測系統進行優化升級改造。由于風機運行中，振動是造成風機故障的主要原因，技術人員著重選用綜合振動信號安裝在風機上，工作人員可以通過傳感器接收到的振動信號來判斷風機是否正常運行。風機振動監測系統主要流程有采集振動信號-對振動信號進行分析-輸出分析信號。

3.2 局部通風機故障監測系統組成及原理

1）結構組成。該綜合振動監測系統主要由以下系統組成：風機、數據監測系統、數據采集系統、數據調節系統、指令發射系統、后臺人機終端。

2）工作原理。工作人員將振動傳感器安裝在風機上，傳感器能夠對風機的電機及軸承的振動頻率及偏移進行監測，監測的數據傳遞到電腦的軟件平臺，軟件可以利用信號調節系統對數據進行頻譜分析，再利用數據采集器將這些數據傳遞到監控平臺，并將故障分析結果顯示在監控平臺，同時根據故障類型的不同下達相應的指令，從而實現了風機的全程監控。

3.3 局部通風機故障監測系統功能

1）通過對運行中的風機進行監測，能夠對風機的運行轉臺及參數進行實時收集并分析。

2）利用測振傳感器，將風機運行時的振動信號轉化為電信號，方便計算機的儲存與分析。

3）利用信號調節系統，將風機運行時采集到的的振動信號進行放大，從而變為模擬信號。

4）利用數據采集系統將模擬信號傳遞到監控平臺，最后轉換為電腦數字信號。電腦平臺接受到傳遞來的模擬信號后將噪音及其他干擾信號去除，對有用的振動數據進行分析，并下達相應的指令，最終實現風機的故障判斷。

4 結語

針對3201進風順槽掘進前期局部通風機經常出現故障，且維修難度大等技術難題，四候煤礦對局部通風機安裝一套故障監測系統。從實踐運用效果來看，該系統投入使用后共計自動監測風機故障6次，并進行自動故障處理，巷道在后期掘進中未發生風機故障停風事故，保證了巷道安全快速掘進，取得了顯著應用成效。