煤礦主通風機振動故障預警裝置的分析與應用

張 恒

（山西王家嶺煤業有限公司， 山西 忻州 036600）

0 引言

煤礦主通風機是煤礦安全運行的重要機電設備，為礦井作業人員提供新鮮的空氣，排除礦井內的粉塵等有毒氣體，預防瓦斯氣體堆積，是確保礦井安全生產的關鍵，礦井的對于通風機安排都是一運一備方式，跟據相關規定要求，當主通風機出現停機故障時，備用通風機必須在10 min 內完全啟動，不然礦井內瓦斯及粉塵堆積，易出現安全事故，所以說，主通風機故障的預警是至關重要的，只有預先發現問題解決問題，全面保證主通風機的正常運行，才能保證煤炭開采的順利推進。

1 工程概況

1.1 概況

王家嶺煤業采用機械抽出式通風方法，東回風井布置在井田中部位置，安裝有2 臺GAF33.5-20-1 型軸流式通風機，采用Y630-6 交流鼠籠型異步電動機，功率1 000 kW，額定轉速994 r/min，風機額定負壓2 873 Pa，排風量9 000 m/min。煤礦主通風機是保障工作面順利掘進、巷道供風的關系設備，如發生故障有可能引發重大安全事故[1]。

1.2 故障預警裝置的現狀分析

為有效掌握王家嶺煤業主通風機的運行情況，對主通風機安裝了故障預警裝置，進而可以對通風機在運行過程中產生的異常振動進行實時監測，發現異常振動能及時預警，進而停機維修。故障預警裝置的應用有效地保障了王家嶺煤業通風系統的穩定性和安全性，從近幾年應用反饋來看，故障預警裝置也存在著一定缺點，故障預警裝置只能對主通風機是否發生有異常振動進行警示，而對異常振動的強度大小無法給于判斷和反饋，工作人員對于主通風機異常程度無法立即知曉，無法通過預警信號判斷是否需要立即切換備用通風機，對主通風機進行停機檢修，對于輕型或瞬時異常就停機檢修，檢修時不宜察覺問題工作量較大，對于較大的異常無法及時判別時，易錯過備用機通風機的啟動時間。針對上述問題，設計了一種煤礦主通風機用新型振動故障預警裝置，能有效的對主通風機的異常振動及異常振動強度進行監測。

2 新型振動故障預警裝置的設計

2.1 結構分析

針對以往故障預警裝置存在的不足，設計了一種新型振動故障預警裝置，整體結構如圖1 所示，主要包括基座、支撐桿、檢測裝置三大部分?；显O有連接槽，支撐桿滑動連接在基座上的滑動連接槽，檢測裝置滑動連接在支撐桿上[2]。

圖1 整體結構示意圖

檢測裝置結構如圖2 所示，主要包括殼體、動觸桿、警示燈、安裝塊、定桿、導向桿、固定螺栓、防塵套等部件。殼體的上端設有警示燈，該警示燈當所通過的電流越大時其亮度越高，殼體左端開設有安裝孔，右端設有安裝塊，殼體內右側壁上安裝孔對應位置設有定桿，定桿上纏繞有電阻絲，殼體內定桿的上下方設有導向桿。動觸桿的左端設有固定連接的觸板，右端開設有連接孔，動觸桿右端穿過安裝孔至殼體內，定桿的左端穿入至連接孔中，連接孔前端設有與電阻絲配合的電極片，在主通風機的出現異常振動時電阻絲和電極片相接觸配合警示燈發出報警，當異常振動幅度變大時，電極片接觸電阻絲的位置越深，整個電路中的電阻就越小，警示燈越亮，動觸桿右端還設有導向塊，導向塊上設有與導向桿配合的導向孔，導向桿上導向塊與殼體內右側壁間套裝有彈簧，該彈簧在工作時提供一定的張力，使得動觸桿上的觸板貼合主通風機的外壁。警示燈正極依次與電阻絲及電源的正極電性連接，且警示燈負極依次與動觸桿上的電極片及電源的負極電性連接。

圖2 檢測裝置結構示意圖

安裝塊右端設有螺紋孔，螺紋孔上連接有固定螺栓，支撐桿上端為弧形導桿，弧形導桿的弧形與主通風機一致，較大與主通風機的外輪廓，弧形導桿上開設有弧形導孔，檢測裝置通過安裝塊及穿過弧形導孔的固定螺栓固定在支撐桿的弧形導桿上，安裝時可根據需求調整檢測裝置在弧形導桿上的位置[3-4]。

基座上設有兩個支撐桿，每個支撐桿上設有兩個檢測裝置，該故障預警裝置在主通風機軸向對稱設置，安裝時兩對稱設置的支撐桿可分別置于主通風機的前部和后部，在主通風機出現異常振動時可通過觀察檢測裝置上的警示燈判斷是主通風機哪部分出現異常振動，對于局部振動一般原因是：軸襯或軸頸磨損使間隙過大，軸襯與軸承箱之間的緊力過小或有間隙而松動；轉子的葉輪、聯軸器或帶輪與軸的配合松動等，若是所有警示燈同時亮起則為主通風機整體異常振動。對于整體異常振動一般原因是：基礎或機座不牢；基礎或機座的剛度不夠，促使轉子不平衡，引起劇烈的強迫振動；管道未留膨脹余地，與風機連接處的管道未加支撐或安裝固定不良等，以上設置通過觀察可區別出主通風機為局部振動和整體振動，有利于工作人員的檢修。

當電路中的電流越大時蜂鳴器的報警聲音就越大，實際安裝中蜂鳴器可連接至監控室，當主通風機出現異常振動時監控人員可通過蜂鳴器立即得知情況，并通過蜂鳴器的聲音大小得知異常振動的大小。在實際工作中工作人員對于輕型或者瞬時異常振動則可進行記錄，擇期檢修，對于主通風機之前出現的輕微異常的部分進行重點關注，對于強度較大的異常振動，則需立即啟動備用通風機，對主通風機進行停機檢修，以避免錯過備用通風機的啟動時間。

動觸桿和殼體之間還設有防塵套，防塵套為橡膠材質且不影響動觸桿的運動，因該裝置的工作環境較差，空氣中有大量的灰塵，防塵套可有效地防止灰塵進入到殼體內影響到檢測裝置的正常工作，有效地保障了新型振動故障預警裝置工作的準確性。

2.2 使用方法

在該安裝煤礦主通風機故障預警時，先調整檢測裝置至支撐桿上合適位置，再調整支撐桿在基座上的位置，使檢測裝置均勻的分布在主通風機前后部分的外壁上，使得檢測裝置上的觸板貼合主通風機，聯通電源后煤礦主通風機故障預警裝置處于工作狀態。

當主通風機出現異常振動時，檢測裝置上的觸板帶動觸桿進行運動，動觸桿上的電極片與電阻絲配合警示燈與蜂鳴器啟動給予監控人員提示，同時當異常振動過大時動觸桿運動在殼體內運動幅度增大，警示燈亮度增加蜂鳴器的聲音增大，對于輕型或瞬時振動，工作人員可及時查看主通風機的工作情況，分析異常原因，采取相應的處理方案，可做記錄擇期進行檢修，針對持續且較為嚴重的異常振動，監控人員應立即切換副通風機對主通風機進行停機檢修，以免錯過備用通風機的啟動時間[5]。

3 實踐應用及效果分析

3.1 實踐應用

煤礦主通風機新型振動故障預警裝置設計并生產后，在王家嶺煤業東回風井布的GAF33.5-20-1 型軸流式通風機上進行了安裝調試，并投入到實踐應用中進行工業性試驗，采用新型振動故障預警裝置來對主通風機的運行情況進行實時監控。

3.2 效果分析

從2021 年10 月—2022 年12 月期間，新型振動故障預警裝置及主通風機整體運行穩定，新型振動故障預警裝置能對設備的振動故障進行準確預警。在上述時間內，已準預警主通風機異常振動共6 次，輕型及瞬間振動4 次，嚴重異常振動2 次。對于輕型及瞬間振動工作人員按規定及時察看并分析異常原因，采用針對性的處理方案后可在后期再對設備進行檢修；對于嚴重異常振動工作人員及時切換到副通風機運行，對主通風機及時停機檢修。有效地解決了以往對于只要是主通風機發生異常振動，就需要停機檢修的問題，具有較好的安全經濟效益。