《煤矿主扇风机机械故障机理及预警研究》3900字（论文）

煤矿主扇风机机械故障机理及预警研究目录TOC\o"1-2"\h\u27068煤矿主扇风机机械故障机理及预警研究 117433引言 14981一、煤矿主扇风机基本结构及工作原理 225018二、煤矿主扇风机故障机理分析 331437（一）转子不对中故障机理研究 314619（二）转子过盈不足故障机理研究 425105转子在频率为w的干扰力下的简谐振动为 431294三、煤矿主扇风机机械故障预警 431864（一）采用微诊系统处理平台软件 418874（二）进行运行及报警状态分类 52446结论 610485参考文献 6摘要：煤矿主扇风机是煤矿进行安全生产的一个重要装置，担负稀释瓦斯和其他有害气体的任务，调整井下气候的任务等等。才能营造出一个优良的井下生产环境，保证人员安全及其他设备正常工作，煤矿主扇风机故障诊断具有极为重要的作用。本课题旨在探讨煤矿主扇风机信号特征值的提取与故障诊断新方法，以便应用于传统方法噪声干扰问题、难以辨认等等，希望能够提高特征值提取准确率，诊断正确率。关键词：煤矿；主扇风机；故障预警引言技术在进步，经济在发展，使当代的工程设备越来越大型化，精密化、自动化与复杂化，这样，一方面，生产效率得到提高，降低生产成本，另一方面，一旦这些设备出现故障，由此带来的经济损失也将倍增。设备故障导致操作延迟，被视为矿业生产损失，生产率降低的主要因素，尽管由于设备故障造成停机时间，不同运行情况下相差较大，然而，估计设备维护所耗费的运行时间总额为5%-15%，另外，因采矿环境差，空气湿润污浊，并具有潜在爆炸性，该装置处在一个密闭地区，这些问题使得研究者和工作人员不得不去研究改进设备可维护性方面的备选方案。国外设备诊断技术经过近五十年的研究和发展，多种诊断技术已在该厂进行了实际应用，收到了意想不到的效果。在生产过程中已不强调对人员参与的依赖性，但对设备依赖太大，突出设备技术状态把握，该装置的安全，可靠，平稳运行已引起了广泛的关注。煤矿主扇风机在煤矿中属于较大规模固定设备，对煤矿安全生产起到了极为重要的影响。煤矿主扇风机有两大重要意义，一种是稀释煤矿开采时释放的甲烷和其他有害气体，多数煤层开采时，高浓度甲烷被排入气道，煤矿主扇风机需供给充足的新鲜空气，以稀释甲烷至规定浓度，为了避免甲烷爆炸带来的风险。另一方面，通过煤矿主扇风机对矿井下方气候进行调整，给井下营造了一个良好生产环境，保障人员健康安全及其他设备正常工作，实现安全生产。由于工作时间长，煤矿主要扇风机叶轮，转子、机壳及电机有被严重腐蚀的危险，在不恰当的安装检修或者运行过程中，可能破坏煤矿主扇风机，这都会带来低效率，高故障率的问题。煤矿主扇风机是旋转机械之一，它的失效往往是通过振动来显示，严重故障将导致风机停止运转，给煤矿安全生产带来了很大隐患，所以，为煤矿生产及井下人员安全服务，煤矿主扇风机故障诊断和分析具有极为重要的作用。一、煤矿主扇风机基本结构及工作原理煤矿主扇风机给矿井提供了足够新鲜空气，保证工作空间内环境条件优良，稀释有毒气体及砂尘，等等。所以煤矿主扇风机对矿山安全生产有着举足轻重的影响，为了矿山安全生产。轴流风机通过调整叶片安装角，可以改变风机风量，风压，同时能反转反风，从而避免了反风风道，反风门的布置等项目，本实用新型节约成本，便于风机安装操作，广泛应用于煤矿，占矿用风机相当比重。轴流式煤矿主扇风机主要由动叶调节装置，叶轮，轴承箱，联轴器，电机组成。1）动叶调整装置：所述动叶调节装置由传动机构和液压调节装置组成，主要功能用于调整叶片安装角度，由此对风机性能曲线进行调整，在流量和压头尺寸变化时。所述动叶调节机构通过保护罩与叶轮围成一个整体，本实用新型避免赃物等落在调节机构内，安全工作得到保障，同时，灵活性也得到增强。2）叶轮：风机叶轮，其功能是为气流作功，增加气流能量，它是轴流风机的主要组成部分，主要包括叶片与轮毂两部分。3）轴承箱：其功能主要为固定轴承运行，使某些工作时形成的轴向保持平衡、径向或振动的作用力，同时使轴承时刻保持润滑，以及轴承散热功能。轴承箱箱体通过螺钉固定，同心地装于机壳内筒下支承环。轴承润滑采用轴承箱内部油池与外部机油站强制循环润滑方式。4）联轴器：轴流式矿井主扇风机联轴器多为刚挠性联轴器。它主要起着连接和传递扭矩等功能，借助于弹性钢制膜片发生弹性变形，补偿在运行时或者在安装时造成风机轴和电机轴之间轴向、角向或径向相对偏移。5）电机：其功能主要是把电能转化为机械能，为了用来带动风机转动，实现操作所需的动力，从而达到风机工作时所需风量、效率和其他参数实现了风机安全工作。二、煤矿主扇风机故障机理分析（一）转子不对中故障机理研究转子的非对准有轴系非对准与轴承非对准之别，轴系不对中，指装置的各个转子之间通过联轴器连接在一起，转子没有位于同一直线上等现象；但轴承不对中，即轴承中轴径发生偏移。转子不对中主要有3种表现形式，包括，（a）是平行不对中；（b）是角度不对中；（c）是综合不对中。大型高速旋转设备都使用齿轮联轴器，中，小型等用固定式刚性联轴器。由于该项目煤矿主扇风机为刚性联轴器，因此，这里只对刚性联轴器转子不对中失效进行了分析。刚性联轴器在转子对中不良的情况下，由于使用了刚性强制联接，所成力矩将引起转子弯曲变形，而在锻炼的时候，转子在径向或偏角方向上位移不等，进而引起变形和受力不同。其中（a）是径向位移；（b）对于角度位移情形。当转子处于非正确状态时，既有径向交变力作用，也有轴向交变力的作用。在主动转子在所需转速下转动，被动转子旋转速度呈周期性变化，也就是每旋转一星期改变2次，使振动频率比转子转动频率提高两倍。转子不对中故障的振动特征为：时域波形在基频上有2倍频的谐波；频谱主要表现为2倍频和4倍频的振动分量等。转子不对中故障特征表如表2.1所示。表2.1转子不对中故障特征表特征频率常伴频率振动方向振动随流量变化振动随油温变化2倍频1倍频和高倍频径向振动和轴向振动不变明显（二）转子过盈不足故障机理研究通常旋转体采用热压配合方式组装于转轴上，例如叶轮，它的配合方式需要采用过盈配合的。若过盈量不够，则工作时受激振力及动绕度影响，转轴和旋转体配合面之间存在摩擦，影响了转子旋转稳定性。轴发生形变后，配合面之间将发生相对滑动，转轴凸起面纵向延伸，配合面受剪切力T作用，使转轴受内向摩擦力作用，转轴凹进面受向外摩擦力作用，由此产生两种力偶，其力偶矩用Mt表示。将力偶Mt等效为作用在轴心处的横向力F，则 转子在频率为w的干扰力下的简谐振动为 其速度为 则转子的运动方程为 式中，F为摩擦力。转子过盈不足的振动特征为：时域波形为次谐波叠加波形；频谱成分主要以次谐波为主，同时存在1倍频成分。转子过盈不足故障特征表如表2.2所示。表2.2转子过盈不足故障特征表特征频率常伴频率振动方向振动随流量变化振动随油温变化分数谐波1倍频径向振动不变不变煤矿主扇风机机械故障预警（一）采用微诊系统处理平台软件微诊系统处理平台主要作用就是对传感器所采集到的振动信号进行处理，经过第3章所述算法处理，在时域和频域内对特征信息进行了计算与选择，利用相似性规则组建子数据库与总数据库，为了实现特征数据存储时故障监测和等级报警；同时，对传感器所采集到的温度信号以及计算所得到的时域特征值做了趋势预测与分析，达到分析故障发展趋势。煤矿主扇风机微诊断系统加工平台的主要作用有以下几个方面：1）对煤矿主扇风机工作时的振动和温度情况进行了监测，对有关参数进行了计算和曲线拟合；2）建立状态数据库并对库内数据设定对应状态，并同步展示与该状态对应的信息；3）子数据库智能查询并依据查询结果区分故障；4）故障趋势分析展示了各个温度和特征值变化趋势；5）故障报警，包括声音及指示灯报警；6）历史信息查询。（二）进行运行及报警状态分类运行与报警状态分为停机，正常运行，橙色报警，红色报警。1）停机状态为时域特征值与频域峰值均小于设定阈值的状态。在报警状态下停机，说明风机在停止工作；2）正常运行状态就是信号时域特征值处于正常范围之内，且信号与子数据库相似度等级在1以上的非故障数据相似度高；3）橙色报警状态表示信号时域特征值尚处于正常区间，但比正常运行状态下更大，大于设置橙色阈值，且信号与子数据库相似度等级在1以下的非故障数据相似度高；4）红色报警状态表现为信号时域特征值超出正常值，且信号和子数据库中故障数据相似度高，或子数据库内没有与信号相似度很高的信息。报警状态由运行状态监测界面指示灯指示，此指示灯位于运行状态库中指定规则之下，依据频域特征值进行相似性计算，并对其分级，在运行状态下显示框图程序输入结果，每个类似的级别都对应着不同的情况，然后针对各种状态，表现出不一样的色彩，为达提示之效果。结论因煤矿主扇风机本身结构比较特殊、故障机理比较复杂、故障标识间无明显对应关系、耦合故障和其他因素之间的复杂关系等方面的原因，对煤矿主扇风机进行故障诊断，仍然是个极具挑战性的研究课题，本论文着重研究煤矿主扇风机机械故障，对煤矿主扇风机的机械预警进行研究和开发，创新点如下：1）提出利用微诊系统的处理平台软件，实现煤矿主扇风机故障特征抽取，煤矿主扇风机的故障诊断精度得到了一定的提升；2）发展了操作和报警状态的划分，实现煤矿主扇风机工况监控、故障分析和诊断、运行状态特征分类以及故障趋势分析的功能。参考文献[1]任勇.煤矿主扇风机运行故障的识别及处理措施[J].机械管理开发,2020,35(11):132-133+246.[