任 剛
(長治市煤炭安全信息調(diào)度中心,山西 長治 046000)
礦井通風機作為煤礦井下通風的重要機械設(shè)備,擔負著向井下輸送新鮮風流、排出粉塵、瓦斯等重要任務(wù),為礦井作業(yè)人員提供安全保障,若通風機出現(xiàn)故障,將會給煤礦造成不可估量的損失[1]。整個礦井通風系統(tǒng)復(fù)雜多樣,巷道變化或者機械設(shè)備老化均會引起通風異常,嚴重者會給礦井帶來安全隱患[2]。為確保礦井安全、穩(wěn)定通風,保障人員生命安全,降低通風機故障,本文從通風機常見故障著手,分析了風機故障原因,并提出了智能監(jiān)控技術(shù),為礦井通風機及時檢修提供理論指導,提高礦井通風安全。
因井下在不間斷生產(chǎn)、檢修,需要每天24 h不停地為井下供風,通風機一直處于工作狀態(tài),長時間的運行必然造成風機出現(xiàn)故障,嚴重影響整個通風系統(tǒng)。為此,本文針對風機常見的軸承、扇葉、轉(zhuǎn)子故障等[3]進行分析,為故障智能監(jiān)控提供參數(shù)基礎(chǔ)。
1) 軸承故障。礦井通風機出現(xiàn)的硬件故障,基本上絕大多數(shù)都是由軸承引起,不同的軸承引起不同的故障。據(jù)統(tǒng)計,一般風機會出現(xiàn)以下幾個類型的軸承故障:若潤滑油添加不及時或者出現(xiàn)異常時,軸承在運行過程中會因摩擦升溫,但是其變化是先升高后降低,溫度跳躍明顯;若轉(zhuǎn)軸不平衡或者轉(zhuǎn)子不對中時,運行的軸承發(fā)生振動,觸發(fā)溫度急劇升高;除了因溫度變化造成的軸承故障,另外就是軸承的滾珠、轉(zhuǎn)子或者軸承外圈因質(zhì)量而被磨損。
2) 扇葉故障。煤礦井下條件十分惡劣,環(huán)境復(fù)雜多變,風流中不僅夾雜瓦斯、粉塵,還含有帶腐蝕性的氣體,經(jīng)常造成通風機扇葉出現(xiàn)故障,根據(jù)統(tǒng)計記錄發(fā)現(xiàn),風機扇葉故障類型主要為腐蝕和斷裂。引發(fā)風機扇葉斷裂主要是因為氣流中含有較硬的顆粒(如煤矸石細小顆粒),在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下細小顆粒就會對扇葉造成損傷。引發(fā)風機扇葉腐蝕損壞的是氣流中含有二氧化硫、水蒸氣等,在風葉高速旋轉(zhuǎn)下,溫度較高,水蒸氣和二氧化硫發(fā)生化學反應(yīng)形成硫酸,嚴重腐蝕風機扇葉。另外轉(zhuǎn)子載荷分布不均勻,致使軸承磨損嚴重,也會造成扇葉產(chǎn)生故障。
3) 轉(zhuǎn)子故障。風機電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生故障主要有兩類,分別為轉(zhuǎn)子不對中和轉(zhuǎn)子不平衡故障。風機電機轉(zhuǎn)子故障影響較大,不僅會引起電機被燒壞,嚴重的會使聯(lián)軸器斷裂。通風機電機轉(zhuǎn)子不平衡的原因是質(zhì)量中心線與幾何中心線不在一條線上。每個轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常主要是因為不平衡,因此監(jiān)控是主要監(jiān)測轉(zhuǎn)子的平衡性。
4) 電機繞組故障。礦井通風機的動力是電機,電機運行好壞主要看電機繞組,而電機繞組溫度又是確保其運行的指標參數(shù),一般電機繞組正常的運行溫度在70~100℃,若電機繞組溫度低于或者超過表明電機有異常。電機內(nèi)部狹小的空間里安裝了繞組,繞組的溫度變化代表了電機運行狀況,從電機開始啟動到正常運轉(zhuǎn),電機繞組由較低溫度上升至正常范圍,若在運行過程中,溫度不在此范圍內(nèi),表明電機繞組發(fā)生故障,影響電機工作。
礦井通風機故障嚴重制約著井下通風效果,為確保井下安全供風,需要對風機的各個參數(shù)進行實時智能化監(jiān)測,才能及時發(fā)現(xiàn)問題,自動啟動報警功能,并作出反應(yīng),立即維修風機故障,給礦井通風系統(tǒng)奠定堅實的安全基礎(chǔ)。
針對礦井通風機常見故障,開發(fā)了集地面與井下于一體的智能化監(jiān)控系統(tǒng),見圖1所示。井下傳感器對通風系統(tǒng)各個執(zhí)行元件進行數(shù)據(jù)采集,并與地面通風機運行狀況進行對比,然后統(tǒng)一匯總至計算機端進行分析處理,用于判斷、報警、控制及反饋,整個監(jiān)控系統(tǒng)為礦井通風系統(tǒng)運行奠定基礎(chǔ)[4-5]。智能化監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面控制中心、風機監(jiān)測分站、井下執(zhí)行元件等構(gòu)成,在智能化監(jiān)控軟件控制下運行,防止風機出現(xiàn)異常。
圖1 智能化監(jiān)控系統(tǒng)
智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以遠程實時監(jiān)控通風機各個部件運行參數(shù),也可以監(jiān)控風機運行狀況,一旦發(fā)生故障報警功能立即響應(yīng)[6]。智能化監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)施是由智能化傳感器和執(zhí)行結(jié)構(gòu)、解調(diào)器等組成,具有智能自動化的分析處理功能,再配以智能化開發(fā)軟件,可以在線監(jiān)控風機軸承、扇葉、轉(zhuǎn)子、電機繞組的各種運行參數(shù)、狀態(tài),并進行開關(guān)量和視頻、圖像采集,在軟件界面上能夠及時體現(xiàn)風機的性能參數(shù)。該系統(tǒng)良好地起到了保護風機故障,完成了遠程控制和智能化管理的模式。礦井通風機智能化監(jiān)控系統(tǒng)采用的遠距離多數(shù)據(jù)傳輸,現(xiàn)有礦井中的通訊設(shè)施均能配套使用,滿足礦井的兼容、便捷性,甚至能夠?qū)崿F(xiàn)無人員看護現(xiàn)場的目的。
智能化監(jiān)控系統(tǒng)需要實時了解通風機的運行狀態(tài),就少不了各類傳感器的輔助作用。風機上布置的各類傳感器見圖2所示,各類傳感器能夠把監(jiān)測到的風壓、風量、風速、軸溫、轉(zhuǎn)子溫度、電機繞組溫度、軸承溫度、電流、電壓、大氣濕度等等參數(shù)通過通訊設(shè)備傳輸至PLC控制端,在PLC控制端處理后轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量輸入到監(jiān)控系統(tǒng)的軟件中存儲、分析、判斷、記錄,CPU進行高速運算,在智能終端的響應(yīng)下,針對風機故障立即報警,并顯示風機故障類型、原因、位置等信息,為檢修風機提供有效信息。
圖2 傳感器在風機上的布置
通風機智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件登陸界面如圖3所示。軟件將會對風機故障的診斷與正常情況進行對比,通過不斷改變變量,查找與正常情況下的差距。設(shè)置了軸承故障、轉(zhuǎn)子故障、電機繞組故障、扇葉故障4個類型的指示燈,用指示燈來預(yù)測通風機的狀況,若為綠燈則表明風機運行穩(wěn)定,紅燈表示軸承故障,黃燈表示扇葉故障,藍燈表示轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常,橙色表明電機繞組溫度不在正常范圍內(nèi)。這時系統(tǒng)就會自動發(fā)出報警,并顯示故障位置及原因,給值班人員帶來直觀的提示,從而為應(yīng)對風機故障提供了便捷性。
圖3 智能監(jiān)控風機登錄系統(tǒng)
為了驗證智能化監(jiān)控系統(tǒng)的效果,在某礦進行了工業(yè)性試驗。在試驗過程中,主要對風機軸承溫度、扇葉好壞、轉(zhuǎn)子平衡性和電機繞組溫度等參數(shù)進行了遠程監(jiān)控,通過傳感器采集溫度,PLC控制器對溫度進行分析,CPU進行高速運算,智能軟件進行融合、歸檔,并結(jié)合其他零部件溫度數(shù)據(jù)采集情況綜合分析,發(fā)現(xiàn)電機繞組溫度呈現(xiàn)出異常狀態(tài),溫度出現(xiàn)跳躍式驟然升高的情況,在PLC自動化控制器的分析判斷下,得出了該風機電機在運行當中存在故障,智能軟件立即發(fā)出報警,并在界面顯示電機發(fā)生故障字樣。停機進行檢修,維修人員發(fā)現(xiàn)電機軸、減速器軸和其他零部件有局部燒壞的情況,表明在智能化監(jiān)控下,有效節(jié)約了人工檢修時間。礦井通風機智能化監(jiān)控技術(shù)為礦井安全通風提供了技術(shù)保障,提高了礦井的通風系統(tǒng)的安全性和可靠性,節(jié)約了通風機維修成本,顯著改善了通風機的檢修效率。
通過分析礦井通風機常見的故障,開發(fā)了通風機智能化監(jiān)控系統(tǒng),可以實時監(jiān)測通風機各類故障,為礦井通風機的安全、穩(wěn)定運行提供了保障。