煤矿轴流式通风机振动故障诊断

1、煤矿轴流式通风机振动故障诊断 陶伟 平顶山天安煤业股份有限责任公司四矿，平顶山 467000摘要： 通过对煤矿主通风机轴系不对中的振动特性分析，应用频谱分析技术诊断出了风机轴系存在的不对中故障。结果表明应用频谱分析方法可准确、有效诊断风机存在的故障，对煤矿通风机安全可靠运行具有重要意义。关键词：通风机；频谱分析； 故障诊断中图分类号：TH113Study of Ventilator Fault DiagnosisTAO wei No.4 Mine, Pingdingshan Tianan Coal Mining Group Corp. Ltd., Pingdingshan 467000Abst

2、ract: The method of spectrum analysis and vibrant character of several typical faults of ventilator are introduced detailedly. With this method, the shaft-misalignment fault of a mine ventilator are diagnosed minutely. The result shows that this analytical method is effective, which has an important

3、 economical meaning to safe work of ventilator.Key words: spectrum analysis；ventilator； fault diagnosis 0 引言煤矿通风机是用来保证井下工作人员有足够数量、符合要求的空气，在煤矿生产中必须不间断地向井下供给大量的新鲜空气，通风机运行状态的好坏，不仅关系着电力消耗、生产成本，而且关系着煤矿的安全生产。所以，对通风机进行状态监测与故障诊断有非常重要的意义。煤矿通风机是保证煤矿生产的关键动力设备，其运行时的主要故障有转子不平衡、轴不对中等，据统计占风机故障的60%以上。当风机出现上述典型故障时一般

4、可以把它简化为平稳随机信号，而且由于风机结构简单，出现故障时，振动的特征频率也并不复杂，故可以用基于频谱分析的振动测试分析方法对风机的典型故障进行分析与诊断。这里通过拾取矿井通风机轴承座的垂直、水平和轴向三个方向的振动加速度信号，将频域分析、时域分析方法等振动分析方法应用于通风机振动特性分析和故障诊断中，为维修提供依据。 轴流式通风机因其轴较长，安装对中困难以及其他原因（如地基变形等）的影响，极易造成轴系不对中，现对由不对中造成的振动作一简要分析。1 风机轴系不对中分析当轴系出现不对中时，主动轴角速度m与从动轴的角速度r的关系为： （1）式（1）中m为主动轴的角位移，为主动轴和从动轴在其平面上

5、的不对中夹角。BTxAzxTxTTzTy图1 不对中轴系力矩传递示意图由上式可见当主动轴等速转动时，从动轴转速将发生变化，将产生一定的角加速度，由此引起动载荷并发生振动。轴系的角度不对中如图1所示，从动轴和主动轴的不对中角度为角，主动轴沿AB方向，从动轴沿x方向。将驱动力矩T分解为：， （2）上式中Tx沿从动轴方向力矩，Ts垂直于从动轴方向力矩，且使轴发生弯曲。将Ts沿y轴和z轴分解可得： （3） 由于只考虑转轴绕x轴方向转动，所以： （4）其中，Ir为转子的极主惯性矩，r为转子的角加速度。令：， 则（1）式可化为 （5） 将式（5）按二项式定理展开并求导得： （6） 其中：B2=2 c (d

6、+3d3/4+5d5/8+35d7/64+) ； B4=4c (d2/2+d4/2+15d6/32+)将式（6）代入式（4），设为主动轴的恒定角速度，即m=t，可得： （7） 由此可知，不对中所产生的频率是主轴转速的偶数倍，且以2×分量最大，并伴有4倍、6倍等高次谐波成分。因此不对中所引起的振动以2倍频振动分量为主。2 通风机振动故障诊断平顶山煤业集团公司4矿使用的AGF-606-2.20型轴流式通风机传动系统如图2所示。 为进行风机工作状况监测与故障诊断，对工作和备用风机均进行了振动测试与分析。 该风机主轴转速为980转/分，振动测试采用压电晶体振动加速度传感器拾取风机轴承座处的振

7、动信号，信号经电荷放大器放大后通过 A/D数据采集器转换后由计算机故障诊断软件进行分析处理。图2 通风机传动示意图1、2风机测点2振动加速度信号及其频谱如图3图6所示。 (a)(b)图3. 1风机轴向振动加速度时域（a）和幅值谱(b) (a)(b)图4. 1风机水平方向振动加速度时域（a）和幅值谱(b)由图3、图4可知1风机轴向、水平方向振动主要以风机旋转频率（16.499Hz）及其高次谐波为主，且旋转频率的2次谐波（33.01Hz）幅值较大，在轴向振动中2次谐波幅值（1.88395m/s2）为基频幅值（0.93576 m/s2）的2.01倍；在水平方向振动中2次谐波幅值也达到基频幅值的1.5

8、3倍。根据以上轴系不对中引起振动特征的理论分析，说明1风机存在轴系不对中故障。(a)(b)图5. 2风机轴向振动加速度时域（a）和幅值谱(b)由图5、图6可知2风机轴向、水平方向振动主要频率成分与1风机相同，以风机旋转频率（16.499Hz）及其高次谐波为主，但不同的是2次谐波幅值远小于基频幅值。通过上述分析表明，2风机工作正常，1风机存在轴系不对中故障。维修时发现1风机确实存在不对中，说明对通风机进行振动诊断是可行的。(a)(b)图62风机水平方向振动加速度时域（a）和幅值谱(b)3 结论通过拾取风机轴承座上各方向的振动加速度信号，并利用频谱分析方法对振动加速度信号进行频谱分析、比较，有效地诊断出了风机的轴系不对中故障，以及由于轴系不对中而造成风机的振动。研究结果表明振动频谱分析方法使用简单方便，快速准确，适合煤矿现场使用，是一项值得在煤矿现场推广使用的新技术，这项技术的使用可为煤炭技术管理人员提供设备维修的依据，为煤矿风机的管理与维修提供了有效手段。参考文献1吴今迈.设备诊断实例 M.上海：上海科学技术文献出