劉文新

（山西昔陽(yáng)運(yùn)裕煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 昔陽(yáng) 045300）

引言

作為一種比較典型的礦用機(jī)械，通風(fēng)機(jī)是工礦企業(yè)生產(chǎn)不可或缺的設(shè)備，其運(yùn)行安全及可靠性在很大程度上影響煤炭開(kāi)采效率以及作業(yè)安全性。礦用通風(fēng)機(jī)分為離心式通風(fēng)機(jī)以及軸流式通風(fēng)機(jī)兩類，前者依賴葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)幫助空氣獲得離心力，經(jīng)風(fēng)道向外導(dǎo)出空氣，葉輪中心屬于負(fù)壓區(qū)域；后者利用葉片切割空氣，于出風(fēng)口壓出空氣，同時(shí)另一端進(jìn)風(fēng)口補(bǔ)充空氣，葉輪前屬于負(fù)壓區(qū)。

1 通風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障產(chǎn)生原因

1.1 轉(zhuǎn)子不對(duì)中，變化誤差較大

通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，電機(jī)轉(zhuǎn)軸通過(guò)聯(lián)軸器與風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸連接為一體形成軸系，但是風(fēng)機(jī)安裝過(guò)程中誤差很難避免，一旦存在安裝誤差，使用過(guò)程中轉(zhuǎn)子受壓變形，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。上述因素會(huì)影響風(fēng)機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)下各轉(zhuǎn)子軸線的平行位移、綜合位移以及軸線角度位移等問(wèn)題，即對(duì)中變化誤差，我們將其統(tǒng)一歸為轉(zhuǎn)子不對(duì)中[1]，具體如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的表現(xiàn)

不對(duì)中是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)機(jī)械故障的一個(gè)常見(jiàn)因素，這一問(wèn)題由于缺乏明顯的判別標(biāo)識(shí)，因而容易忽視，往往會(huì)引起較大損失。尤其是綜合不對(duì)中問(wèn)題，一旦轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)綜合不對(duì)中，則會(huì)引起一系列不良動(dòng)態(tài)效應(yīng)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行和性能狀況造成損害。譬如不良振動(dòng)可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器發(fā)生偏轉(zhuǎn)、軸撓曲變形以及軸承早期受損等，其危害性不容忽視。

1.2 風(fēng)機(jī)裝配或基礎(chǔ)松動(dòng)

這一現(xiàn)象主要是基礎(chǔ)不均勻、變形、螺栓緊固不足、基礎(chǔ)水平下沉等現(xiàn)象造成的異常振動(dòng)，通常與零件本身或各個(gè)零部件之間間隙誤差數(shù)值偏高、配合過(guò)盈量不足有密切關(guān)聯(lián)，常見(jiàn)于各部分零部件連接區(qū)域。裝配以及基礎(chǔ)松動(dòng)往往與轉(zhuǎn)子不平衡同時(shí)出現(xiàn)，二者相伴而生，具有非線性振動(dòng)特征。應(yīng)注意的是，風(fēng)機(jī)運(yùn)行很容易受到轉(zhuǎn)子偏心率以及轉(zhuǎn)速比變化的影響，一旦工作轉(zhuǎn)速不超過(guò)1階臨界轉(zhuǎn)速，就會(huì)引起比較明顯的松動(dòng)振動(dòng)響應(yīng)；如果轉(zhuǎn)速超過(guò)1階臨界轉(zhuǎn)速，那么在特定條件下將引起分?jǐn)?shù)諧波以及亞諧波共振現(xiàn)象[2]。

1.3 元件表面和軸承相互接觸部分出現(xiàn)周期性振動(dòng)

運(yùn)行狀態(tài)下的滾動(dòng)軸承同樣會(huì)出現(xiàn)故障。譬如裝配零部件時(shí)可能存在異物落入、間隙過(guò)小、水分過(guò)載、潤(rùn)滑不良以及腐蝕等影響因素，都會(huì)導(dǎo)致軸承早期磨損。一旦軸承磨損腐蝕，其他元件表面和軸承相互接觸的部分就會(huì)出現(xiàn)一定頻率的周期性振動(dòng)，這就是軸承元件工作狀態(tài)下的故障特征頻率，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行失衡，引起軸承緊定套配合調(diào)整不理想，最終導(dǎo)致軸承溫度異常升高。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生氣體動(dòng)壓力激振，容易導(dǎo)致葉片變形、裂紋以及斷裂等問(wèn)題。除此之外，葉片卡澀現(xiàn)象也較為常見(jiàn)，這通常是輪轂內(nèi)部調(diào)節(jié)模塊受損或風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)問(wèn)題所致，導(dǎo)致葉片調(diào)節(jié)困難。

1.4 靜止件和輪子相互摩擦

該問(wèn)題存在以下兩種情況：其一，靜止件與轉(zhuǎn)子外緣相互接觸，存在徑向摩擦問(wèn)題；其二，靜止件與轉(zhuǎn)子存在軸向接觸，導(dǎo)致軸向摩擦現(xiàn)象。

摩擦振動(dòng)屬于非線性振動(dòng)，一旦存在局部摩擦，除基頻以外的摩擦頻率中就會(huì)存在部分分?jǐn)?shù)諧波和高次諧波振動(dòng)，也就是我們所說(shuō)的次諧波現(xiàn)象。

導(dǎo)致靜止件和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)摩擦故障的原因有：一是殼體或基礎(chǔ)等部件存在明顯變形；二是安裝過(guò)程中轉(zhuǎn)子與定子偏心，存在對(duì)中不良問(wèn)題，轉(zhuǎn)軸動(dòng)撓度偏高；三是運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)機(jī)熱膨脹存在嚴(yán)重不均勻問(wèn)題；四是靜止件和轉(zhuǎn)子之間的間隙不當(dāng)[3]。

2 礦用通風(fēng)機(jī)振動(dòng)故障的檢測(cè)

故障檢測(cè)是礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的必要保護(hù)手段，為了避免發(fā)生故障，首先應(yīng)針對(duì)礦用通風(fēng)機(jī)開(kāi)展故障檢測(cè)，但是振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)有別于其他狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)，其往往需要多維度的檢測(cè)量值，通過(guò)間接方法加以測(cè)量，針對(duì)量值變化以及大小情況進(jìn)行歸納分析，能夠有效識(shí)別各類故障，明確故障原因和發(fā)生故障的具體位置，從而為檢修人員提供檢修依據(jù)，及早排除故障。

基于計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)、信號(hào)分析、電子技術(shù)以及振動(dòng)理論等研制設(shè)計(jì)出一種針對(duì)礦用通風(fēng)機(jī)機(jī)械振動(dòng)的智能故障診斷及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要分為硬件和軟件兩部分，硬件主要是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、振動(dòng)傳感器以及數(shù)據(jù)采集器等設(shè)備，軟件則是包括時(shí)域分析、支持向量機(jī)、頻譜分析以及小波分析在內(nèi)的一系列信號(hào)分析處理技術(shù)。通過(guò)這一故障診斷系統(tǒng)，檢修人員能夠?qū)νL(fēng)機(jī)械設(shè)備發(fā)生振動(dòng)故障的原因進(jìn)行分析，明確通風(fēng)機(jī)發(fā)生的一些常見(jiàn)故障。通常情況下，技術(shù)人員在深入分析通風(fēng)機(jī)振動(dòng)頻域特性、常見(jiàn)故障和發(fā)生機(jī)理、診斷方法的基礎(chǔ)上，確定礦業(yè)生產(chǎn)控制鏈條中需要測(cè)量的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，整理分析數(shù)據(jù)后鑒別處理測(cè)量結(jié)果，以最終結(jié)果為依據(jù)，利用控制算法計(jì)算求得理想的控制結(jié)果。通過(guò)計(jì)算機(jī)開(kāi)展在線監(jiān)測(cè)以及診斷工作，向計(jì)算機(jī)發(fā)送所測(cè)得的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步計(jì)算處理后以數(shù)字量形式輸出結(jié)果，亦可轉(zhuǎn)換為適用于生產(chǎn)過(guò)程控制的模擬量。該流程為三層遞進(jìn)方式，同時(shí)囊括了采集、評(píng)估以及輸出三個(gè)部分，使之成為一個(gè)有機(jī)整體[4-5]。

該系統(tǒng)能夠在線檢測(cè)礦井通風(fēng)機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)，并具有趨勢(shì)分析以及故障預(yù)報(bào)功能，防止出現(xiàn)重大事故。一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)可自動(dòng)診斷故障類型，并評(píng)估故障嚴(yán)重程度，為后續(xù)故障處理提供必要的信息支持。其主要流程為傳感檢測(cè)—信號(hào)處理—模式識(shí)別—智能診斷—預(yù)報(bào)決策，當(dāng)系統(tǒng)收集到通風(fēng)機(jī)振動(dòng)動(dòng)態(tài)信號(hào)，通過(guò)進(jìn)一步分析處理，判明風(fēng)機(jī)是否存在故障，并分析故障種類、發(fā)生部位、嚴(yán)重程度以及變化發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)估機(jī)組性能劣化情況和演變趨勢(shì)，從而制訂針對(duì)性的處理方案[6]。

在結(jié)合振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果分析機(jī)器故障的基礎(chǔ)上，可選擇在機(jī)殼關(guān)鍵部位加裝噴嘴，確保噴嘴從不同角度沖刷葉片，將后者表層積聚、灰塵污垢徹底清除，能夠降低灰塵積累導(dǎo)致的振動(dòng)故障幾率。同時(shí)還可加裝自動(dòng)裝置，用于接收計(jì)算機(jī)在危險(xiǎn)情況下發(fā)出的指令信號(hào)，用于終止通風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用智能故障診斷在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以間接檢測(cè)通風(fēng)機(jī)性能狀態(tài)，不受時(shí)間以及空間因素的約束，基本達(dá)到自動(dòng)化檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)真正意義上的自動(dòng)化控制，即可檢出故障，又能自動(dòng)排除故障。