振动频谱分析法在通风机故障诊断中的应用

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【摘 要】通风机故障不同，其振动频率也有所不同。通风机出现故障以后，通过分析其振动频率等参数，可以确定故障原因。文章以实例介绍了如何利用频谱分析法进行通风机的故障诊断。

【关键词】通风机；故障分析；频谱分析；波形分析

引言

煤矿通风的目的，是为井下作业区域输送适量的新鲜空气，是保证煤矿安全生产很重要的一环，瓦斯及火灾的防治，都是建立在良好的通风之上的。由于煤矿的生产条件十分恶劣，煤矿通风机经常发生各种故障，所以应对煤矿通风机故障展开故障诊断研究，这样可以有效地减少瓦斯事故和其他类事故的发生概率，促进煤矿安全稳定的生产。

煤矿安全规程要求，矿井主通风机在使用过程中应定期进行振动性能测试，以保证设备高效、安全、经济的运转。因此，应用振动参数进行故障诊断，减少风机事故的发生是十分必要的。

1　通风机不同故障的振动频率特征

1.1　轴承损坏。轴承损坏的主要原因是轴承偏心和点蚀引起的相应冲击。其特征频率为1　倍频，伴有超低频和高频。

1.2　轴线不对中。由于机器的基础沉降不均，造成转子轴线产生平行移位、轴线角度移位或综合移位等，故障的特征频率多为2倍频。

1.3　转轴横向裂纹。转子系统由于疲劳而出现横向裂纹，特征频率为2　倍频。

1.4　机座松动。因螺栓松动、软脚或过大的间隙，造成机座松动，通常表现为多频率的振动。特征频率为2　倍频，伴有1、3、4、5、6　倍频甚至更高频。

1.5　油膜涡动。油膜涡动是由滑动轴承油膜力学特性引起的自激振动。特征频率略小于转子转速的1/2，并随转速的升高而升高，常伴有1　倍频。

1.6　转子与静止件摩擦。由轴挠曲、转子与静止件热膨胀不一致、转子对中不良等原因引起。特征频率为高次、低次及混合谐波，常伴有1　倍频。

2　故障分析举例

煤矿有1　台G4-73-11.28D　型离心式通风机，配1　台YR1250-8/1430　型电动机，额定电压6　kV，功率1　250　kW，转速730　r/min。该设备在使用过程中出现了故障，表现为电动机噪声增大，轴承振幅逐渐增大电动机驱动端轴承振幅轴瓦温度达80℃。为查找设备问题，消除隐患，采用TV310　型振动数据采集器，对轴承的振动频谱及相位数据进行收集，并进行必要的细化分析，进而查找故障部位及原因。从电动机和风机驱动端轴承入手，分别对其振动进行布点、数据采集、频谱分析，明确问题的来源，查找故障原因。

2.1　电动机轴承的频谱分析

分别采集电动机轴承盖的水平、垂直、轴向3　个方向运转状态下的数据。得出转速730　r/min，频率24.83　Hz　时电动机驱动端水平方向振动频谱图如图1　所示，电动机非驱动端的轴向振动频谱图如图2　所示。由图1　可以明显地看出，电动机驱动端水平方向以1　倍频和2　倍频分量为主要分量，多数情况超过1　倍频分量，2倍频下的振幅约为1　倍频下振幅的2　倍，3　倍频以上工作频率下的振幅较小。从图2　可以看出，电动机非驱动端轴向以1　倍频振动为主。通过频谱比较分析，发现水平1　倍频均超标，并伴有2　倍频、3　倍频、4　倍频等工作频率下的振动，且2　倍频基频谐波较突出，说明联轴器对中有问题；风机的振动幅值随负荷的增加而升高现象比较明显，可以推断风机与电动机间齿型联轴器存在对中问题，角向不对中问题突出。因此，可判断联轴器对中故障是电动机异常振动的原因。

2.2　时域波形分析

图3　是电机转速为730　r/min，频率为24.82　Hz　时电动机驱动端轴承水平方向振动时域波形图。图3　中显示原始振动信号的正弦波，当电机转子每转动1　圈时，电机转子出现2　次跳跃，跳动幅值较大，由此可进一步推断电机与风机之间的联轴器对中存在严重缺陷。

2.3　联轴器故障分析

载荷的变化会引起轮齿刚性的变化，从而引起轮齿的振动，这种振动通常称为啮合振动。在正常情况下，啮合振动是较近似于简谐振动的小幅值振动，该振动在频谱图上会出现啮合频率及其各次谐波成分。由于轴系中心扰动较大，因此，电动机气隙变化也较大，其轴承振动信息的时域波形显示出了磁隙中心很不稳定。图4　是转速为730　r/min，频率为24.82　Hz　时测取的电动机驱动端水平方向高频频谱图。图中频率是以齿轮轴的旋转频率为基本频率，预示齿轮存在齿轮偏心、局部断或裂纹等故障。从电动机驱动端轴承水平方向高频频谱可以判断齿型联轴器存在裂纹。因此，综合分析表明，电动机与风机之间的齿型联轴器存在断齿和裂纹，且联轴器裂纹是引起振动幅值随负荷显著变化的根本原因。

根据分析判断，决定更换联轴器。拆卸后发现联轴器外部齿套存在1　条与轴线成45°角的裂纹，已贯穿齿套轴向1/3　位置，内齿已断裂多个且多数齿锈蚀。重点作了以下工作：更换齿型联轴器并重新找中心，联轴器拆除及复装过程中为避免转子弯曲，联轴器中心应符合规定技术标准（检查轴瓦磨损情况，调整轴瓦间隙符合标准）；调整齿型联轴器的齿顶间隙及侧隙符合要求，内部齿用油脂充分填充；更换齿型联轴器轴端密封件，保证油脂密封可靠。

3　结论

3.1　设备故障是随机的，应当采用概率统计方法分析故障的分布规律。

3.2　复杂系统和复杂的故障可以采用逐步分析的方法，以找出故障发生的机理，从而找出故障的发生和发展的过程，并为设备维修管理和使用的科学性提供依据。

3.3　设备维修已不仅仅只限于对设备故障的修理和平时的一般性保养，现代的设备维修概念要对产品进行不断的改造和更新，这才是设备维修的最佳选择。矿井通风机是保证矿井安全生产的核心设备，振动诊断技术应用到矿井通风机安全运转管理中，对其可能出现的故障现象进行监测、诊断和分析，能实现故障预报，提高故障诊断的准确性，对保证设备可靠运转、积累维护经验、减少运行成本、延长使用寿命具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]张翠凤，机电设备诊断与维修技术.北京：机械工业出版社，2008.

[2]冷军发，等.通风机故障诊断的研究.煤矿机电，2003（2）.

[3]吴其海.旋转机械滚动轴承强烈振动的动态监测与故障分析.河北化工，2008（4）.