1、煤矿通风机常见故障类型分析及诊断措施研究韩冰（晋能控股煤业集团七一煤矿，山西高平048400）摘要：针对煤矿通风机运行工况复杂，易出现各种各样故障的问题，介绍了煤矿通风机常见故障类型，分析了各种常见故障的故障机理与主要失效形式，探讨了各种故障的主要特征参数，提出了各种故障类型的主要诊断方法。应用在线诊断系统，通过采集监测通风机运行工况参数，借助工控计算机来高效精准诊断通风机故障，并进行维修，以更好地保障了通风机的连续稳定可靠运行。关键词：通风机；常见故障；特征参数；诊断措施中图分类号：TD441文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）06-0241-030引言在进行地下煤矿的开采
2、过程中，换气设备至关重要，该设备主要用来向井下输送新鲜空气，同时将废气排出井外，保障了井下作业人员的生命安全。其工作原理是将机械能转化为空气的动能。由于矿井下的环境相对复杂，矿井巷道的分布多变，矿脉的走向难以准确预判，导致换气系统臃肿复杂，易发生故障，严重影响了井下人员的安全，延误工期。换气系统多发的故障有通风机电机故障和管道泄漏故障，其中通风机故障主要是电机、转子、叶轮和轴承等关键部件发生故障，而电动机的故障不好检测，无法直观地给出故障原因以及解决方案，若不能及时解决问题，可能会造成更大的安全事故。所以，快速确定通风机故障原因并提出行之有效的解决方案，对矿井的安全开采至关重要。1通风机常见故
3、障分析1.1通风机轴承故障轴承作为关键的机械零部件，主要用在回转部件的两端，起着支撑、减小摩擦的作用，通风机中使用的轴承为滚动轴承，外圈相对机壳固定，内圈与转子相连，在运行中主要承受一个径向载荷，由于通风机工作时间长，滚动轴承受到应力的作用，容易破损或者失效。滚动轴承的失效不无外乎疲劳失效、磨损失效、断裂失效、游隙失效和压痕失效这几种失效形式1。其中轴承的疲劳失效通常指轴承的工作表面受到交变应力的影响而产生的材料疲劳失效；轴承的磨损失效指的是因异物进入等原因导致滚动体出现磨损，运动精度难以保证的状况；轴承的断裂时效指的是因轴承材料存在缺陷或者轴承过载而出现断裂的现象；轴承的游隙失效指的是在工作
4、过程中，由于内外因素的影响，使得轴承原本的配合间隙出现变化；轴承的压痕失效指的是轴承受到冲击载荷，导致轴承工作表面出现压痕凹坑等状况，会导致运动精度下降，并引发振动和噪声。轴承作为较为精密的部件，失效的原因五花八门，使用中要特别注意轴承的保养。1.2通风机转子故障通风机在工作中转子的旋转带动叶轮的转动，进而搅动空气，促使空气沿着管道进入井下，转子作为重要的回转部件，常见的故障主要有转子不对中和转子不平衡两种。而转子不对中又可以详细地分为水平不对中和角度不对中两种形式，转子不对中主要原因有：在制造过程中，转子结构上存在不对称，或者在安装时联轴器安装存在误差。转子不平衡通常是由于转子的质量分布不均
5、匀导致的，可能是材料不均匀，也有可能是结构不均匀，或者在运行中转子出现了磨损，或者沾染油污所致。1.3通风机电机故障通风机的电机作为动力源，电机的旋转而带动叶轮旋转，而电机往往是通过电磁感应进行工作的，常见的故障形式有电流故障、绝缘故障和电机过热故障等。电机的电流故障主要是电机超负荷运行，电流过大，容易烧断保险丝；电机的绝缘故障主要是指在长期的使用过程中，电机的绝缘件出现老化、开裂、变性等问题，导致绝缘件不再绝缘，容易引起短路；电机的过热故障指的是电机长时间工作，运动部件摩擦生热、或者电机过载电流过大，导致电机发热，不能正常工作2。在工作中，由于长期处于煤矿中，空气中粉尘、煤灰会进入电机，而碳
6、是导电的，经年累月电机暴露的接线端可能会造成漏电，严重威胁矿井安全。1.4通风机叶轮故障叶轮形似风扇的叶片，在高速运转时，会将机械能转换为空气的动能，推动空气沿着管道通向井下。叶轮在高速旋转时，会受到空气的反作用力，加上电机的振动，经年累月下来叶轮的固定螺栓很容易就会松动，叶轮的振动会导致叶片出现裂纹等，早期裂纹若是没能被发现，在后续的运行中会很快扩张，最终收稿日期：2022-04-01作者简介：韩冰（1986），男，山西长治人，本科，毕业于山西大同大学采矿工程专业，工程师，研究方向为矿井通风与安全工程。总第 242 期2023 年第 6 期机械管理开发MechanicalManagement
7、andDevelopmentTotal 242No.6，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.06.098经验交流机械管理开发第 38 卷引发叶片的碎裂，影响电机的使用3。2常见故障特征本节将针对通风机比较常见的几种故障展开分析，为后面故障诊断提供依据，由于电机故障诊断技术已经比较成熟，故本文不再进行赘述。2.1轴承故障特征当轴承发生故障时，通常会伴随着动力传输不稳定，表现出来就是振动，有时还会带来噪声，当轴承表现出不同的故障时，往往会有不同的特征频率。其中轴承滚动体出现故障时，它的频率可以通过式（1）进行大致的计算，由式（1）不难看出，固有频率只受轴承规格和材料影
8、响。fr=0.424RE2.（1）式中：E 为弹性模量，Pa；R 为滚动体半径，mm；为轴承材料的密度，kg/m3。轴承内外圈固有频率的计算公式一致，具体为：fc=n（n2-1）2n+11a2EIM.（2）式中：n 为固有频率的阶数；a 为回转轴到中性轴的距离，mm；I 为内（外）圈绕轴的惯性矩，m4；M 为轴承的总质量，kg。表 1 表示的是轴承各个部位损伤的特征频率，当轴承出现故障时，可以按照表 1 的对应公式进行计算。2.2转子故障特征当转子出现不对中故障时，转子的振动幅度就会增大，从而会出现高频信号，高频信号的频率大致等于 2 倍风机转动频率，同时可以通过高频信号的频率来判断故障的严重
9、程度，故障越严重，高频信号的频率越高。高频信号受其他因素影响程度比较小，对于转子不对中故障的判断可信度较高。而转系不平衡故障也会引起转子振动出现异常，具体来说就是振动的波形图中会出现正弦波，由此可以判断转子是否存在不平衡故障。2.3叶轮故障特征当叶轮出现故障时，特别是叶片表面出现大量微裂纹时，叶轮的刚度会受到严重的影响，叶片的振动波形也会出现较大的变化。叶片表面裂纹最优的检测方法是超声波无损探伤，而在实际应用中经常通过振动来探测微裂纹，若是叶片的振频小，振幅大，则认为叶片存在较多的微裂纹。叶片完好时的横向振动受力分析如图 1 所示。图 1 中的各个字母的意义分别是：A 为叶片的截面面积，m2；
10、L 为距离，m。由运动学知识可以建立如下的方程：EI4y（x，t）x4+A4y（x，t）t4=0.（3）代入叶片截面的边界条件，就可以计算出叶片完整时的固有频率：=1.875LEIA.（4）将采集的信号与叶片完整时的固有频率进行比较，就可以看出叶轮是否存在裂纹。3故障诊断措施上文分析了各种故障的不同特征，可以搭建通风机故障在线监测系统，实时采集各部件的关键特征值，在线完成通风机的故障检测。通风机的完整的诊断系统如图 2 所示，各种传感器完成信号的采集工作，经数据采集卡传输到计算机，计算机根据与正常数据的对比，判断通风机是否存在故障以及故障点、故障类型等。轴承损伤位置特征频率表达式内圈损伤fc，
11、i=Z2(1-dcosD）fi外圈损伤fc，0=Z2（1+dcosD）fi滚动体损伤frp=D2d1+（dcosD）2fi保持器损伤frc=12（1-dcosD）fi表 1轴承各部位损伤的特征频率图 1叶片横向振动受力分析图 2通风机故障诊断系统yx，A，EIf（x，t）y（x，t）LO|dx|叶片计算机振动传感器电流传感器电机RS485 通信温度传感器滚动轴承振动传感器通风机转子数据采集卡振动传感器注：D 为轴承的节径，mm；d 为滚动体的直径，mm；Z 为轴承中滚动体的个数；为接触角，（）。2422023 年第 6 期4结语本文分析了矿用通风机所能出现的各种故障，具体研究了各种故障的原因以
12、及检测该故障的可行的特征数据，并提出了通风机故障在线检测系统，可以快速完成通风机关键零部件的检测，保障了通风机的稳定运行，保障了矿井的安全生产。参考文献1赵计生，强保华.基于改进的 BSMOTE 和时序特征的风机故障采样算法J.计算机应用，2021（3）：66-68.2李超，李军鸿.ANN 型液压动叶在线可调轴流式风机在煤矿的应用J.中州煤炭，2018（5）：72-74.3龙秉政.矿井主通风机在线监测系统设计及应用J.机械管理开发，2021，36（11）：33-35.（编辑：王慧芳）Analysis of Common Fault Types and Diagnostic Measures o
13、f Coal Mine Ventilation FansHan Bing（Qiyi Coal Mine,Jinneng Holding Coal Group,Gaoping Shanxi 048400）Abstract:In view of the complex operating conditions of coal mine ventilation fans and their susceptibility to various faults,the commonfault types of coal mine ventilation fans are introduced,the fa
14、ult mechanisms and main failure forms of various common faults are analyzed,the main characteristic parameters of various faults are discussed,the main diagnostic methods of various fault types are proposed,and anonline diagnostic system is applied to efficiently and accurately diagnose ventilation
15、fan faults and repair them by collecting and monitoringthe parameters of ventilation fan operating conditions with the help of industrial control The online diagnostic system is applied to efficientlyand accurately diagnose ventilator faults by collecting and monitoring ventilator operating paramete
16、rs and carrying out maintenance with thehelp of industrial control computers,so as to better ensure the continuous,stable and reliable operation of ventilators.Key words:ventilation fan;common faults;types;characteristic parameters;diagnosisAnalysis of Relevant Points of Hot Rolled Plate Rolling ProcessYang Fan（Technology Center of HSC Handang Group,Handan Hebei 056003）Abstract:Hot-rolled steel strip,also known as hot-rolled plate,is produced by heating a continuous cast billet at high temperatu