通风机振动分析与故障诊断分析

　　摘要：本文从概述通风机振动分析与故障诊断分析出发，探讨了通风机振动的形式和成因，分析了通风机故障出现的原因以及相对应的振动特性，以期为相关的理论研究和实践工作提供一定的借鉴。
　　关键词：通风机；振动分析；故障诊断分析
　　随着社会经济的发展和科学技术的进步，煤矿产业也得到了长足的发展。其中，通风机作为大型煤矿的重要运行设备，其稳定正常运转成为影响煤矿企业安全生产不可或缺的一部分。因此，相关工作人员应该对这项设备的故障诊断和预警技术等进行充分的研究和实践。在这个背景下，研究通风机振动分析与故障诊断分析的诸多问题，具有重要的现实意义。
　　一、通风机振动分析与故障诊断分析概述
　　在煤矿生产的过程中，通风机占有重要的地位。它能够为下井的工人不间断地提供足量的新鲜空气，保障工人生命健康安全的基础上保证煤矿生产的顺利进行。因此，通风机的顺利运转对于煤矿的安全生产以及煤矿的经济效益都有着十分重要的影响。因此，对于通风机的故障诊断进行充分的研究和实践防治，具有重要的意义。
　　通过对通风机的振动信号进行分析，从而实现设备故障的诊断，是各种通风机诊断方法中采用最为广泛、效果最好的一种手段和途径。机械系统在其运行过程中能发生具有一定规律的振动，而不同振动具有不同的特征信息，这些信息对于反映系统状态以及变化规律来说，是一种非常有用的信号。通过各种设备和仪器的记录和分析数据表明，在通风机的各项机械故障中，以振动为主要诱因占半数以上。通过对通风机的振动分析，进而进行故障诊断，是亟待解决的任务之一。
　　二、通风机振动的形式和成因分析
　　在机械设备运转过程中，不同程度的振动都不可避免地发生，而这个振动的程度如果超过一定的范围，就会对设备造成严重的危害，对设备的安全运行产生威胁。所以，相关的工作人员应该努力将伴随着机械运行而产生的振动对于设备的损害降到最低，控制在一定的范围内。不可忽视的是，振动作为一种动力学特征，囊括了系统、零部件因为种种因素而引起的失效和劣质化等问题的关键信息，比如磨损和老化等。
　　通风机作为一种机械设备，振动的形式主要包含强迫振动和自己振动两种。前者是由系统的持续性激励所诱发，通过引进外界的能量的方式来促使系统等幅振动的进行维持。而这种振动形式的来源主要有三种，它们三种激励作用包含周期性和非周期性激励作用。一种是激振力，它直接作用在振动系统上；另一种是系统中运动部件所产生的，以不平衡离心惯性力的形式影响促成振动，最后一种是由支承件的持续性运动引发的。强迫振动会对设备或者设备中某一结构造成很大的冲击，成为疲劳损害的重要因素。
　　自激振动是一种不需要周期变化的外力作用维持就能实现稳态振动的一种振动方式。它依靠自身系统中各个构成元素的互相耦合共同维持。这种振动方式有着很强的自治性，它不需要随着时间的变化受到的不同大小的外力，只需要通过系统本身各个构成因素之间的相对运动实现振动，以稳态周期的形式展现。
　　三、通风机故障出现的原因以及相对应的振动特性
　　在对于通风机的运行状态进行监测时，研究和实践中收集和采录到的典型故障形式以及对应的振动特性有如下几种：转子不平衡引发的故障及其对应振动特性；转子不对中引发的故障及其对应振动特性；基础和装配发生松动产生的故障及其对应振动特性以及通风机叶片引发的故障及其振动特性。
　　（一）转子不平衡引发的故障及其对应振动特性
　　这个故障主要包括两种形式，一种是转子系统的质量发生偏心现象，还有一种是转子部件发生缺损。前者的主要诱因是制造误差和装配误差，有时候材质不均匀也会造成这种现象的产生。而如果在转子的运行过程中，因为受到腐蚀磨损、介质结构影响，导致转子零部件的局部损坏甚至脱落等问题，转子不平衡现象就会又一次产生。在这种故障下，通风机的振动特征如下：时域波形是正弦波，转速n越大，振动幅度越大。
　　（二）转子不对中引发的故障及其对应振动特性
　　通风机电机转轴通过联轴器，与转子轴联系起来，形成轴系。通常，当在联系轴节时产生一定的制造误差，或者在进行机械的安装时产生一定的误差时，驱动轴的轴心线会脱离动轴的轴心线，不再在一条直线上，造成轴系不对中，进而引发通风机的故障。同时，如果基础受热不够均匀，机器基础在进行沉降时发生不均匀的情况，在机组的各个构件中产生膨胀或者扭曲变形的情况下，也会引发轴系不对中的故障。常见的转子不对中包括平行不对中、角度不对中和综合不对中三种情况。当这种故障产生时，通风机产生的振动频率以主轴旋转频率二倍频的形式存在，基频成分以及高次谐波成分也常常伴随发生。
　　（三）基础和装配发生松动产生的故障及其对应振动特性
　　在配合尺寸进行加工时，如果产生很大的误差，就容易导致基础松动或者装配松动的现象产生。在基础水平下沉的情况下，基础松动经常发生，而如果零部件之间的配合间隙存在超出一定范围的误差，装配松动现象就会发生。这两种异常振动也可能由通风机的超负荷运行造成，基础变形和机壳变形有时也会造成这种异常振动的产生。
　　（四）通风机叶片引发的故障及其振动特性
　　当通风机叶片受到气体动压力激振的影响时，裂纹、断裂或叶片变形等情况就容易产生。叶片发生这些故障时，通风机的不平衡振动也会伴随产生。叶片在发生变形时，受到气流的影响，叶片产生的变形形状也会不同。这时，轴向的振动会变大，异常声音也会较大。
　　四、总结
　　通风机在运用实践中，一线的工作人员需要不断积累运行和监测经验，结合煤矿的实际环境，利用相应的振动分析方法进行故障类型和来源的准确分析。要从可靠、经济、安全的角度，将煤矿的安全控制机制和设备管理工作密切联系起来，争取实现振动分析和故障诊断技术的不断成熟和发展，为保证煤矿工程质量和经济效益，维护煤矿工人生命财产安全提供保障。
　　参考文献：
　　〔1〕张瑜芳，邵伟晨。船用某型通风机振动故障诊断及修理〔J〕。中国修船，2013，26（2）：2325。
　　〔2〕荆双喜，简彦成，冷军发等。矿用通风机滚动轴承振动故障诊断研究〔J〕。河南理工大学学报：自然科学版，2012，31（6）：697701。
　　〔3〕俞星，尹洪胜，张敏等。基于主分量和小波分析的煤矿主通风机故障诊断研究〔J〕。煤矿机械，2010，31（4）：238240。