煤矿主通风机振动故障预警装置的分析与应用

张 恒

（山西王家岭煤业有限公司， 山西 忻州 036600）

0 引言

煤矿主通风机是煤矿安全运行的重要机电设备，为矿井作业人员提供新鲜的空气，排除矿井内的粉尘等有毒气体，预防瓦斯气体堆积，是确保矿井安全生产的关键，矿井的对于通风机安排都是一运一备方式，跟据相关规定要求，当主通风机出现停机故障时，备用通风机必须在10 min 内完全启动，不然矿井内瓦斯及粉尘堆积，易出现安全事故，所以说，主通风机故障的预警是至关重要的，只有预先发现问题解决问题，全面保证主通风机的正常运行，才能保证煤炭开采的顺利推进。

1 工程概况

1.1 概况

王家岭煤业采用机械抽出式通风方法，东回风井布置在井田中部位置，安装有2 台GAF33.5-20-1 型轴流式通风机，采用Y630-6 交流鼠笼型异步电动机，功率1 000 kW，额定转速994 r/min，风机额定负压2 873 Pa，排风量9 000 m/min。煤矿主通风机是保障工作面顺利掘进、巷道供风的关系设备，如发生故障有可能引发重大安全事故[1]。

1.2 故障预警装置的现状分析

为有效掌握王家岭煤业主通风机的运行情况，对主通风机安装了故障预警装置，进而可以对通风机在运行过程中产生的异常振动进行实时监测，发现异常振动能及时预警，进而停机维修。故障预警装置的应用有效地保障了王家岭煤业通风系统的稳定性和安全性，从近几年应用反馈来看，故障预警装置也存在着一定缺点，故障预警装置只能对主通风机是否发生有异常振动进行警示，而对异常振动的强度大小无法给于判断和反馈，工作人员对于主通风机异常程度无法立即知晓，无法通过预警信号判断是否需要立即切换备用通风机，对主通风机进行停机检修，对于轻型或瞬时异常就停机检修，检修时不宜察觉问题工作量较大，对于较大的异常无法及时判别时，易错过备用机通风机的启动时间。针对上述问题，设计了一种煤矿主通风机用新型振动故障预警装置，能有效的对主通风机的异常振动及异常振动强度进行监测。

2 新型振动故障预警装置的设计

2.1 结构分析

针对以往故障预警装置存在的不足，设计了一种新型振动故障预警装置，整体结构如图1 所示，主要包括基座、支撑杆、检测装置三大部分。基座上设有连接槽，支撑杆滑动连接在基座上的滑动连接槽，检测装置滑动连接在支撑杆上[2]。

图1 整体结构示意图

检测装置结构如图2 所示，主要包括壳体、动触杆、警示灯、安装块、定杆、导向杆、固定螺栓、防尘套等部件。壳体的上端设有警示灯，该警示灯当所通过的电流越大时其亮度越高，壳体左端开设有安装孔，右端设有安装块，壳体内右侧壁上安装孔对应位置设有定杆，定杆上缠绕有电阻丝，壳体内定杆的上下方设有导向杆。动触杆的左端设有固定连接的触板，右端开设有连接孔，动触杆右端穿过安装孔至壳体内，定杆的左端穿入至连接孔中，连接孔前端设有与电阻丝配合的电极片，在主通风机的出现异常振动时电阻丝和电极片相接触配合警示灯发出报警，当异常振动幅度变大时，电极片接触电阻丝的位置越深，整个电路中的电阻就越小，警示灯越亮，动触杆右端还设有导向块，导向块上设有与导向杆配合的导向孔，导向杆上导向块与壳体内右侧壁间套装有弹簧，该弹簧在工作时提供一定的张力，使得动触杆上的触板贴合主通风机的外壁。警示灯正极依次与电阻丝及电源的正极电性连接，且警示灯负极依次与动触杆上的电极片及电源的负极电性连接。

图2 检测装置结构示意图

安装块右端设有螺纹孔，螺纹孔上连接有固定螺栓，支撑杆上端为弧形导杆，弧形导杆的弧形与主通风机一致，较大与主通风机的外轮廓，弧形导杆上开设有弧形导孔，检测装置通过安装块及穿过弧形导孔的固定螺栓固定在支撑杆的弧形导杆上，安装时可根据需求调整检测装置在弧形导杆上的位置[3-4]。

基座上设有两个支撑杆，每个支撑杆上设有两个检测装置，该故障预警装置在主通风机轴向对称设置，安装时两对称设置的支撑杆可分别置于主通风机的前部和后部，在主通风机出现异常振动时可通过观察检测装置上的警示灯判断是主通风机哪部分出现异常振动，对于局部振动一般原因是：轴衬或轴颈磨损使间隙过大，轴衬与轴承箱之间的紧力过小或有间隙而松动；转子的叶轮、联轴器或带轮与轴的配合松动等，若是所有警示灯同时亮起则为主通风机整体异常振动。对于整体异常振动一般原因是：基础或机座不牢；基础或机座的刚度不够，促使转子不平衡，引起剧烈的强迫振动；管道未留膨胀余地，与风机连接处的管道未加支撑或安装固定不良等，以上设置通过观察可区别出主通风机为局部振动和整体振动，有利于工作人员的检修。

当电路中的电流越大时蜂鸣器的报警声音就越大，实际安装中蜂鸣器可连接至监控室，当主通风机出现异常振动时监控人员可通过蜂鸣器立即得知情况，并通过蜂鸣器的声音大小得知异常振动的大小。在实际工作中工作人员对于轻型或者瞬时异常振动则可进行记录，择期检修，对于主通风机之前出现的轻微异常的部分进行重点关注，对于强度较大的异常振动，则需立即启动备用通风机，对主通风机进行停机检修，以避免错过备用通风机的启动时间。

动触杆和壳体之间还设有防尘套，防尘套为橡胶材质且不影响动触杆的运动，因该装置的工作环境较差，空气中有大量的灰尘，防尘套可有效地防止灰尘进入到壳体内影响到检测装置的正常工作，有效地保障了新型振动故障预警装置工作的准确性。

2.2 使用方法

在该安装煤矿主通风机故障预警时，先调整检测装置至支撑杆上合适位置，再调整支撑杆在基座上的位置，使检测装置均匀的分布在主通风机前后部分的外壁上，使得检测装置上的触板贴合主通风机，联通电源后煤矿主通风机故障预警装置处于工作状态。

当主通风机出现异常振动时，检测装置上的触板带动触杆进行运动，动触杆上的电极片与电阻丝配合警示灯与蜂鸣器启动给予监控人员提示，同时当异常振动过大时动触杆运动在壳体内运动幅度增大，警示灯亮度增加蜂鸣器的声音增大，对于轻型或瞬时振动，工作人员可及时查看主通风机的工作情况，分析异常原因，采取相应的处理方案，可做记录择期进行检修，针对持续且较为严重的异常振动，监控人员应立即切换副通风机对主通风机进行停机检修，以免错过备用通风机的启动时间[5]。

3 实践应用及效果分析

3.1 实践应用

煤矿主通风机新型振动故障预警装置设计并生产后，在王家岭煤业东回风井布的GAF33.5-20-1 型轴流式通风机上进行了安装调试，并投入到实践应用中进行工业性试验，采用新型振动故障预警装置来对主通风机的运行情况进行实时监控。

3.2 效果分析

从2021 年10 月—2022 年12 月期间，新型振动故障预警装置及主通风机整体运行稳定，新型振动故障预警装置能对设备的振动故障进行准确预警。在上述时间内，已准预警主通风机异常振动共6 次，轻型及瞬间振动4 次，严重异常振动2 次。对于轻型及瞬间振动工作人员按规定及时察看并分析异常原因，采用针对性的处理方案后可在后期再对设备进行检修；对于严重异常振动工作人员及时切换到副通风机运行，对主通风机及时停机检修。有效地解决了以往对于只要是主通风机发生异常振动，就需要停机检修的问题，具有较好的安全经济效益。