《煤礦主扇風機機械故障機理及預警研究》3900字（論文）

煤礦主扇風機機械故障機理及預警研究目錄TOC\o"1-2"\h\u27068煤礦主扇風機機械故障機理及預警研究 117433引言 14981一、煤礦主扇風機基本結構及工作原理 225018二、煤礦主扇風機故障機理分析 331437（一）轉子不對中故障機理研究 314619（二）轉子過盈不足故障機理研究 425105轉子在頻率為w的干擾力下的簡諧振動為 431294三、煤礦主扇風機機械故障預警 431864（一）采用微診系統(tǒng)處理平臺軟件 418874（二）進行運行及報警狀態(tài)分類 52446結論 610485參考文獻 6摘要：煤礦主扇風機是煤礦進行安全生產的一個重要裝置，擔負稀釋瓦斯和其他有害氣體的任務，調整井下氣候的任務等等。才能營造出一個優(yōu)良的井下生產環(huán)境，保證人員安全及其他設備正常工作，煤礦主扇風機故障診斷具有極為重要的作用。本課題旨在探討煤礦主扇風機信號特征值的提取與故障診斷新方法，以便應用于傳統(tǒng)方法噪聲干擾問題、難以辨認等等，希望能夠提高特征值提取準確率，診斷正確率。關鍵詞：煤礦；主扇風機；故障預警引言技術在進步，經濟在發(fā)展，使當代的工程設備越來越大型化，精密化、自動化與復雜化，這樣，一方面，生產效率得到提高，降低生產成本，另一方面，一旦這些設備出現故障，由此帶來的經濟損失也將倍增。設備故障導致操作延遲，被視為礦業(yè)生產損失，生產率降低的主要因素，盡管由于設備故障造成停機時間，不同運行情況下相差較大，然而，估計設備維護所耗費的運行時間總額為5%-15%，另外，因采礦環(huán)境差，空氣濕潤污濁，并具有潛在爆炸性，該裝置處在一個密閉地區(qū)，這些問題使得研究者和工作人員不得不去研究改進設備可維護性方面的備選方案。國外設備診斷技術經過近五十年的研究和發(fā)展，多種診斷技術已在該廠進行了實際應用，收到了意想不到的效果。在生產過程中已不強調對人員參與的依賴性，但對設備依賴太大，突出設備技術狀態(tài)把握，該裝置的安全，可靠，平穩(wěn)運行已引起了廣泛的關注。煤礦主扇風機在煤礦中屬于較大規(guī)模固定設備，對煤礦安全生產起到了極為重要的影響。煤礦主扇風機有兩大重要意義，一種是稀釋煤礦開采時釋放的甲烷和其他有害氣體，多數煤層開采時，高濃度甲烷被排入氣道，煤礦主扇風機需供給充足的新鮮空氣，以稀釋甲烷至規(guī)定濃度，為了避免甲烷爆炸帶來的風險。另一方面，通過煤礦主扇風機對礦井下方氣候進行調整，給井下營造了一個良好生產環(huán)境，保障人員健康安全及其他設備正常工作，實現安全生產。由于工作時間長，煤礦主要扇風機葉輪，轉子、機殼及電機有被嚴重腐蝕的危險，在不恰當的安裝檢修或者運行過程中，可能破壞煤礦主扇風機，這都會帶來低效率，高故障率的問題。煤礦主扇風機是旋轉機械之一，它的失效往往是通過振動來顯示，嚴重故障將導致風機停止運轉，給煤礦安全生產帶來了很大隱患，所以，為煤礦生產及井下人員安全服務，煤礦主扇風機故障診斷和分析具有極為重要的作用。一、煤礦主扇風機基本結構及工作原理煤礦主扇風機給礦井提供了足夠新鮮空氣，保證工作空間內環(huán)境條件優(yōu)良，稀釋有毒氣體及砂塵，等等。所以煤礦主扇風機對礦山安全生產有著舉足輕重的影響，為了礦山安全生產。軸流風機通過調整葉片安裝角，可以改變風機風量，風壓，同時能反轉反風，從而避免了反風風道，反風門的布置等項目，本實用新型節(jié)約成本，便于風機安裝操作，廣泛應用于煤礦，占礦用風機相當比重。軸流式煤礦主扇風機主要由動葉調節(jié)裝置，葉輪，軸承箱，聯軸器，電機組成。1）動葉調整裝置：所述動葉調節(jié)裝置由傳動機構和液壓調節(jié)裝置組成，主要功能用于調整葉片安裝角度，由此對風機性能曲線進行調整，在流量和壓頭尺寸變化時。所述動葉調節(jié)機構通過保護罩與葉輪圍成一個整體，本實用新型避免贓物等落在調節(jié)機構內，安全工作得到保障，同時，靈活性也得到增強。2）葉輪：風機葉輪，其功能是為氣流作功，增加氣流能量，它是軸流風機的主要組成部分，主要包括葉片與輪轂兩部分。3）軸承箱：其功能主要為固定軸承運行，使某些工作時形成的軸向保持平衡、徑向或振動的作用力，同時使軸承時刻保持潤滑，以及軸承散熱功能。軸承箱箱體通過螺釘固定，同心地裝于機殼內筒下支承環(huán)。軸承潤滑采用軸承箱內部油池與外部機油站強制循環(huán)潤滑方式。4）聯軸器：軸流式礦井主扇風機聯軸器多為剛撓性聯軸器。它主要起著連接和傳遞扭矩等功能，借助于彈性鋼制膜片發(fā)生彈性變形，補償在運行時或者在安裝時造成風機軸和電機軸之間軸向、角向或徑向相對偏移。5）電機：其功能主要是把電能轉化為機械能，為了用來帶動風機轉動，實現操作所需的動力，從而達到風機工作時所需風量、效率和其他參數實現了風機安全工作。二、煤礦主扇風機故障機理分析（一）轉子不對中故障機理研究轉子的非對準有軸系非對準與軸承非對準之別，軸系不對中，指裝置的各個轉子之間通過聯軸器連接在一起，轉子沒有位于同一直線上等現象；但軸承不對中，即軸承中軸徑發(fā)生偏移。轉子不對中主要有3種表現形式，包括，（a）是平行不對中；（b）是角度不對中；（c）是綜合不對中。大型高速旋轉設備都使用齒輪聯軸器，中，小型等用固定式剛性聯軸器。由于該項目煤礦主扇風機為剛性聯軸器，因此，這里只對剛性聯軸器轉子不對中失效進行了分析。剛性聯軸器在轉子對中不良的情況下，由于使用了剛性強制聯接，所成力矩將引起轉子彎曲變形，而在鍛煉的時候，轉子在徑向或偏角方向上位移不等，進而引起變形和受力不同。其中（a）是徑向位移；（b）對于角度位移情形。當轉子處于非正確狀態(tài)時，既有徑向交變力作用，也有軸向交變力的作用。在主動轉子在所需轉速下轉動，被動轉子旋轉速度呈周期性變化，也就是每旋轉一星期改變2次，使振動頻率比轉子轉動頻率提高兩倍。轉子不對中故障的振動特征為：時域波形在基頻上有2倍頻的諧波；頻譜主要表現為2倍頻和4倍頻的振動分量等。轉子不對中故障特征表如表2.1所示。表2.1轉子不對中故障特征表特征頻率常伴頻率振動方向振動隨流量變化振動隨油溫變化2倍頻1倍頻和高倍頻徑向振動和軸向振動不變明顯（二）轉子過盈不足故障機理研究通常旋轉體采用熱壓配合方式組裝于轉軸上，例如葉輪，它的配合方式需要采用過盈配合的。若過盈量不夠，則工作時受激振力及動繞度影響，轉軸和旋轉體配合面之間存在摩擦，影響了轉子旋轉穩(wěn)定性。軸發(fā)生形變后，配合面之間將發(fā)生相對滑動，轉軸凸起面縱向延伸，配合面受剪切力T作用，使轉軸受內向摩擦力作用，轉軸凹進面受向外摩擦力作用，由此產生兩種力偶，其力偶矩用Mt表示。將力偶Mt等效為作用在軸心處的橫向力F，則 轉子在頻率為w的干擾力下的簡諧振動為 其速度為 則轉子的運動方程為 式中，F為摩擦力。轉子過盈不足的振動特征為：時域波形為次諧波疊加波形；頻譜成分主要以次諧波為主，同時存在1倍頻成分。轉子過盈不足故障特征表如表2.2所示。表2.2轉子過盈不足故障特征表特征頻率常伴頻率振動方向振動隨流量變化振動隨油溫變化分數諧波1倍頻徑向振動不變不變煤礦主扇風機機械故障預警（一）采用微診系統(tǒng)處理平臺軟件微診系統(tǒng)處理平臺主要作用就是對傳感器所采集到的振動信號進行處理，經過第3章所述算法處理，在時域和頻域內對特征信息進行了計算與選擇，利用相似性規(guī)則組建子數據庫與總數據庫，為了實現特征數據存儲時故障監(jiān)測和等級報警；同時，對傳感器所采集到的溫度信號以及計算所得到的時域特征值做了趨勢預測與分析，達到分析故障發(fā)展趨勢。煤礦主扇風機微診斷系統(tǒng)加工平臺的主要作用有以下幾個方面：1）對煤礦主扇風機工作時的振動和溫度情況進行了監(jiān)測，對有關參數進行了計算和曲線擬合；2）建立狀態(tài)數據庫并對庫內數據設定對應狀態(tài)，并同步展示與該狀態(tài)對應的信息；3）子數據庫智能查詢并依據查詢結果區(qū)分故障；4）故障趨勢分析展示了各個溫度和特征值變化趨勢；5）故障報警，包括聲音及指示燈報警；6）歷史信息查詢。（二）進行運行及報警狀態(tài)分類運行與報警狀態(tài)分為停機，正常運行，橙色報警，紅色報警。1）停機狀態(tài)為時域特征值與頻域峰值均小于設定閾值的狀態(tài)。在報警狀態(tài)下停機，說明風機在停止工作；2）正常運行狀態(tài)就是信號時域特征值處于正常范圍之內，且信號與子數據庫相似度等級在1以上的非故障數據相似度高；3）橙色報警狀態(tài)表示信號時域特征值尚處于正常區(qū)間，但比正常運行狀態(tài)下更大，大于設置橙色閾值，且信號與子數據庫相似度等級在1以下的非故障數據相似度高；4）紅色報警狀態(tài)表現為信號時域特征值超出正常值，且信號和子數據庫中故障數據相似度高，或子數據庫內沒有與信號相似度很高的信息。報警狀態(tài)由運行狀態(tài)監(jiān)測界面指示燈指示，此指示燈位于運行狀態(tài)庫中指定規(guī)則之下，依據頻域特征值進行相似性計算，并對其分級，在運行狀態(tài)下顯示框圖程序輸入結果，每個類似的級別都對應著不同的情況，然后針對各種狀態(tài)，表現出不一樣的色彩，為達提示之效果。結論因煤礦主扇風機本身結構比較特殊、故障機理比較復雜、故障標識間無明顯對應關系、耦合故障和其他因素之間的復雜關系等方面的原因，對煤礦主扇風機進行故障診斷，仍然是個極具挑戰(zhàn)性的研究課題，本論文著重研究煤礦主扇風機機械故障，對煤礦主扇風機的機械預警進行研究和開發(fā)，創(chuàng)新點如下：1）提出利用微診系統(tǒng)的處理平臺軟件，實現煤礦主扇風機故障特征抽取，煤礦主扇風機的故障診斷精度得到了一定的提升；2）發(fā)展了操作和報警狀態(tài)的劃分，實現煤礦主扇風機工況監(jiān)控、故障分析和診斷、運行狀態(tài)特征分類以及故障趨勢分析的功能。參考文獻[1]任勇.煤礦主扇風機運行故障的識別及處理措施[J].機械管理開發(fā),2020,35(11):132-133+246.[