煤礦空壓機振動異常檢測及分析

趙其龍

摘要：空壓機是一種壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，它是氣源裝置的主體，可以將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能。煤礦空壓機在煤礦生產(chǎn)中可以運用氣動工具為巷道通風，也可以對空氣施加高壓實現(xiàn)爆破采煤等功能。然而，煤礦空壓機在運行的過程中，因為設備本身有故障或者遭受外來干擾，使得設備出現(xiàn)振動異常，為煤礦生產(chǎn)帶來安全隱患。為此，本文對煤礦空壓機振動異常檢測及分析進行了探析，望能夠促進我國煤礦生產(chǎn)的良性健康發(fā)展。

關鍵詞：煤礦空壓機；振動異常；檢測與分析

煤礦空壓機為煤礦生產(chǎn)提供了強有力的設備支持。此設備通過壓縮空氣可以驅(qū)動鑿巖機和風鎬等機械設備。出于安全考慮，在煤礦生產(chǎn)中，很多礦井中存在高瓦斯或者煤塵易引發(fā)爆炸風險，此時，在礦井中用煤礦壓縮機比用電力更加的安全。因此，為了保證煤礦空壓機的正常運行與煤礦生產(chǎn)的安全，在投入使用前對其進行振動異常檢測工作則十分的重要。本文對煤礦空壓機的作用、螺旋式煤礦空壓機的特點與工作原理進行了闡述，并在此基礎上對螺旋式煤礦空壓機振動異常的原因進行了分析。由于動態(tài)信號呈現(xiàn)頻譜特征，為此，本文將頻譜分析法作為煤礦空壓機振動異常檢測分析手段。并結(jié)合分析得出的煤礦空壓機振動異常的原因提出了有效地應對策略。

一、煤礦空壓機的作用

就我國目前的煤礦生產(chǎn)來說，煤礦空壓機已經(jīng)得到了廣泛地應用。通過結(jié)合具體的煤礦生產(chǎn)，以下內(nèi)容對煤礦空壓機在煤礦生產(chǎn)中的作用進行了簡單地闡述。具體作用可以分為三點：首先，煤礦空壓機可以為其他生產(chǎn)設備提供動力支持。在煤礦生產(chǎn)中，除了會用到煤礦壓縮機外，也會用到鑿巖機、風鎬等機械設備。這些設備的正常運轉(zhuǎn)需要一定的動力支持。此時，煤礦空壓機通過壓縮空氣，可以為工作人員驅(qū)動鑿巖機、風鎬等設備提供充足的動力支持，進而保證煤礦生產(chǎn)活動的正常進行。其次，煤礦空壓機可以提高礦井人員的自救能力。在煤礦生產(chǎn)中，有些礦井會含有較多的瓦斯，為了促進空氣流通，生產(chǎn)企業(yè)可以通過運用煤礦空壓機為礦井提供氣體，增加礦井內(nèi)的空氣含量。這樣不僅可以降低瓦斯事故的發(fā)生系數(shù)，也可以在發(fā)生安全事故時，提高礦井工作人員的自救能力，進而減少安全事故造成的人員傷亡系數(shù)。最后，煤礦空壓機可以對空氣施加高壓，實現(xiàn)爆破采煤功能。

二、螺旋式煤礦空壓機的特點與工作原理

（一）螺旋式煤礦空壓機的特點

就我國目前的煤礦生產(chǎn)來說，廣泛應用的是螺旋式煤礦空壓機。此設備在煤礦生產(chǎn)中具有一些顯著的特點，具體內(nèi)容如下：

1、較高的可靠性。螺旋式煤礦空壓機的內(nèi)部零部件不易被磨損，相比其他設備，此類型的設備使用壽命會更長。這樣不僅可以使機械設備保持良好的工作狀態(tài)，也可以提高煤礦生產(chǎn)的工作效率。

2、易操作，日常維護簡便。螺旋式煤礦空壓機的操作比較簡便，工作人員可以在短時間內(nèi)掌握操作技能與操作規(guī)范。同時，由于此設備的高可靠性，使得此設備的日常維護工作也比較的便捷。

3、機組重量輕、噪音小。螺旋式煤礦空壓機的整體重量要比其他類型設備的重量要小，而且在運行的過程中噪音小，可以減少給周圍環(huán)境帶來的噪音污染。

（二）螺旋式煤礦空壓機的工作原理

螺旋式空氣壓縮機的工作過程有四個階段：吸氣階段、壓縮階段、噴油階段以及排氣階段，這四個階段循環(huán)往復進[1]。具體的工作過程如下：

第一階段：吸氣階段。吸氣階段是螺旋式煤礦空壓機的起始階段。此階段的完成需要電動機驅(qū)使轉(zhuǎn)子達到高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在開口位置，當主副轉(zhuǎn)子間的齒溝空間呈現(xiàn)最大狀態(tài)時，會相應的形成負壓，就會驅(qū)動外部空氣被吸入轉(zhuǎn)子。當轉(zhuǎn)子離開進氣口時，轉(zhuǎn)子和機殼也被填滿了空氣，此時，轉(zhuǎn)子和機殼會被密封，防止空氣外泄?？諝庠谵D(zhuǎn)子和機殼密封后，螺旋式煤礦空壓機的吸氣階段也就相應的完成了。

第二階段：壓縮階段。壓縮階段是螺旋式空氣壓縮機對空氣進行壓縮的過程。吸氣階段完成后轉(zhuǎn)子繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，并且以螺旋狀方式不斷地進行移動，這樣轉(zhuǎn)子和機殼內(nèi)的封閉空間就會逐漸的被壓縮，空氣也隨之被壓縮。

第三階段：噴油階段。在壓縮階段，由于轉(zhuǎn)子和機殼內(nèi)的空間逐漸被壓縮，使得被壓縮空氣的溫度與壓力逐漸增加。為了降低空氣的溫度、壓力和減少空氣帶給設備的摩擦力，潤滑劑在強大壓力作用下會以噴霧裝的方式噴入壓縮機的腔體。

第四階段：排氣階段。壓縮機的轉(zhuǎn)子會不斷地進行旋轉(zhuǎn)，當與機殼的排氣口相通的時候，被壓縮的空氣就會通過排氣口不斷的被釋放。而當齒溝與排氣斷面重合時，被壓縮的空氣就會全部的被釋放出去，壓縮機的排氣過程也就完成了。

三、螺旋式煤礦空壓機振動異常分析

在煤礦生產(chǎn)中，螺旋式煤礦空壓機在運行的過程中，會出現(xiàn)振動異常、噪音較大等形式的振動故障。而動態(tài)信號的主要特征則是頻譜信號，為此，以下內(nèi)容結(jié)合頻譜分析法針對螺旋式煤礦空壓機振動異常這一設備故障進行詳細地分析。

（一）信號采集與處理設備

為了對故障進行有效地分析，本文將利用頻譜分析法。而合理運用此種分析法發(fā)的前提是需要對頻譜信號進行采集。采集信號、處理信號的過程中，需要用到INV360DM信號分析儀、INV多功能放大鏡、傳感器等設備[2]。而具體的采集過程如下：（1）傳感器負責采集振動頻譜數(shù)據(jù)。為了滿足數(shù)據(jù)采集需求，工作人員需要有效地選擇傳感器的種類與布置傳感器的檢測點。傳感器的種類一般選擇三向型。而檢測點的數(shù)量與具體位置則需要結(jié)合現(xiàn)場實際的情況來分析并進行布置。煤礦空壓機的檢測點一般需要布置10個，位置則位于電動機的機殼上、左上和右上軸承杯。同時，在機座上、左、右不同方位以及排氣端蓋的位置也需要設置檢測點。通過對檢測點進行合理的布置，可以確保采集到的檢測數(shù)據(jù)的全面性。（2）為了保證采集到的數(shù)據(jù)的精準性與可靠性，需要利用放大鏡獎頻譜放大，再由濾波器對噪聲進行有效地控制。

（二）參數(shù)計算分析

數(shù)據(jù)采集完成后，就需要對數(shù)據(jù)進行有效地處理，通過對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、存儲和顯示，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的利用。本文結(jié)合某礦的螺桿式空壓機情況與使用說明書，對空壓機的功率、頻率、額定轉(zhuǎn)速、螺桿槽、星輪齒數(shù)等參數(shù)進行確認，并以此為基礎，進行轉(zhuǎn)動頻率、嚙合頻率、星輪轉(zhuǎn)動頻率等相關參數(shù)的計算。具體計算公式如下：

轉(zhuǎn)動頻率計算公式：f=n/60

嚙合頻率計算公式：fc=Zc·f

星輪轉(zhuǎn)動頻率計算公式：fs=fc/zs

（三）結(jié)果分析

1、左星輪會造成螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常

通過將頻譜分析與計算得出的嚙合頻率進行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)，當螺旋式煤礦空壓機的螺桿在明顯振動的情況下，螺桿并沒有出現(xiàn)高階的振動。通過對螺旋式煤礦空壓機的具體情況進行分析，可以得出，螺桿的這種振動情況是不存在異常，是屬于正常的現(xiàn)象。因此，我們可以判斷得出：星輪與螺旋式煤礦空壓機振動之間存在著聯(lián)系。這就需要我們根據(jù)星輪的測試數(shù)據(jù)，來分析星輪的振動頻譜。通過分析，我們進一步地得出：左星輪的振動明顯的大于右星輪的振動，而左星輪就是引起螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常的原因。通過對星輪頻譜的分析曲線進行分析發(fā)現(xiàn)，頻譜中出現(xiàn)了異常情況，而引起空壓機出現(xiàn)異常故障的原因也是源于左星輪[3]。

2、設備安裝與螺旋式煤礦空壓機的振動異常有關

結(jié)合某礦螺旋式煤礦空壓機的使用情況，可以發(fā)現(xiàn)空壓機投入使用的時間并不長，這就說明煤礦空壓機的左星輪不會出現(xiàn)磨損或者零件老化等設備問題，因此可以判斷螺旋式煤礦空壓機振動與設備的安裝具有關系。當左星輪的支撐軸出現(xiàn)松動時，會引起軸承殼與外殼不斷地發(fā)生碰撞，進而造成螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常。

四、螺旋式煤礦空壓機振動異常的解決措施

檢測出螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常的原因是左星輪出現(xiàn)了故障，這樣就方便了工作人員有針對性地制定出合理且有效的解決措施。

（一）及時停機檢測

在分析結(jié)果得出以后，就需要將有故障的螺旋式煤礦空壓機停機，將其左星輪拆卸并進行全面地檢測。及時地停機檢測不僅可以防止有振動故障的螺旋式煤礦空壓機投入后續(xù)的煤礦生產(chǎn)，也可以進一步地驗證分析結(jié)果的精準性與科學性。在確認左星輪的支撐軸出現(xiàn)了松動后，再有針對性的采取后續(xù)的維護措施。

（二）對螺旋式煤礦空壓機的左星輪進行加固處理

分析結(jié)果與拆卸檢測實踐都證明了螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常的原因是左星輪的支撐軸出現(xiàn)了松動。此時，就需要由專門的機械維修人員對支撐軸進行加固處理。支撐軸松動的螺旋式煤礦空壓機在煤礦生產(chǎn)中，不僅增加了煤礦生產(chǎn)的安全隱患，也會降低煤礦生產(chǎn)的工作效率。通過對支撐軸進行加固，可以將支撐軸松動造成的不良影響扼殺在搖籃里。在進行加固處理時，維修人員需要注意：為了提高加固處理的工作質(zhì)量，需要合理地設置軸承墊塊。將軸承墊塊的接觸面積控制在總面積的百分之七十五以上，且保持平整度[4]。

（三）合理調(diào)整支撐軸的游隙情況

支撐軸的游隙情況也會在一定程度上引起螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常，為此，需要對支撐軸的游隙情況進行實時的管控并對其進行合理地調(diào)整。

（四）及時更換已受磨損的軸承

經(jīng)過檢測，煤礦空壓機的軸承已經(jīng)出現(xiàn)了磨損。此時，為了保證煤礦生產(chǎn)的安全，也為了提高煤礦生產(chǎn)的工作效率，就需要及時的將受磨損的軸承更換掉。更換完成后，為了防止軸承磨損引起煤礦空壓機在運行過程中出現(xiàn)振動異常，則需要對新的軸承進行定時的檢測與維護。為了提升軸承的潤滑度，并防止再次磨損，則需要做好軸承的潤滑工作。在潤滑的過程中，如果發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)了問題，則需要更換或采取相應的措施進行補救?？傊?，避免有問題的軸承投入煤礦生產(chǎn)。

（五）做好煤礦空壓機的日常檢測與維護工作，建立檢測維護信息管理檔案

為了保障投入使用的煤礦空壓機的性能正常，則需要對檢測與維護周期進行合理科學地制定。檢測維護人員可以結(jié)合企業(yè)具體的生產(chǎn)要求與空壓機現(xiàn)有的檢測日期，對空壓機展開日檢、周檢、月檢。另外，工作人員可以結(jié)合檢測與維護數(shù)據(jù)制定出一套有效且完善的信息管理檔案。工作人員要將每次的檢測維護情況記入信息管理檔案，這樣可以方便后續(xù)工作人員對每臺煤礦空壓機的具體使用情況與性能進行全面的了解，而且當設備出現(xiàn)故障時，現(xiàn)有工作人員也可以及時地調(diào)取出過往的維修簡歷，進而及時的排查檢測出煤礦空壓機出現(xiàn)故障的原因，并對其進行維修。從總體來講，做好煤礦空壓機的日常檢測與維護工作，可以保證煤礦空壓機正常運轉(zhuǎn)，也可以大大地提高設備的工作效率。

（六）提高煤礦空壓機檢測與維護人員的責任意識

作為煤礦空壓機的檢測與維護人員一定要充分的認識到自身工作的重要性。煤礦空壓機的正常運轉(zhuǎn)保證了煤礦生產(chǎn)活動的正常進行，這不僅提高了煤礦生產(chǎn)的工作效率，也保證了所有煤礦生產(chǎn)人員的人身安全。為此，煤礦空壓機的檢測維護人員，在日常的工作中，要提高自身的責任意識，并防止出現(xiàn)工作疏忽。做好檢測與維護記錄，并將信息認真地記錄到設備的信息管理檔案。同時，當煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常時，要及時的將情況向有關部門反映，并及時的停止設備，防止帶有振動故障的設備參與到后續(xù)的煤礦生產(chǎn)活動中。

五、結(jié)束語

總之，本文針對煤礦空壓機在煤礦生產(chǎn)中的作用進行了簡單的分析，并對煤礦生產(chǎn)中廣泛應用的螺旋式煤礦空壓機的特點與工作原理進行了詳細的闡述，在此基礎上，利用頻譜分析法，對螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動異常的原因進行了分析。通過分析發(fā)現(xiàn)引起螺旋式煤礦空壓機出現(xiàn)振動的原因是左星輪的支撐軸出現(xiàn)了松動。為了保證煤礦生產(chǎn)的正常進行，并有效的解決螺旋式空壓機的振動異常，本文提出了應對措施。在檢測分析出振動異常的原因后，煤礦生產(chǎn)單位需要及時的對設備進行停機檢測，驗證分析結(jié)果的精準性與科學性；對螺旋式煤礦空壓機的左星輪進行加固處理；合理調(diào)整支撐軸的游隙情況；及時更換已受磨損的軸承；做好煤礦空壓機的日常檢測與維護工作，建立檢測維護信息管理檔案；提高煤礦空壓機檢測與維護人員的責任意識。通過這些措施的有效實施，螺旋式煤礦空壓機的振動異常情況得到了有效地解決。也希望能夠給煤礦生產(chǎn)企業(yè)的相關工作人員帶來一定的啟示作用，并促進我國煤礦生產(chǎn)事業(yè)的可持續(xù)、快速、健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]陳文鈺.煤礦空壓機振動異常檢測及分析[J].江西煤炭科技，2017（2）：67-69.

[2]王柱天.煤礦空壓機振動異常檢測與處理分析[J].論壇裝備，2018（3）：140-141.

[3]盧世忠，文劍峰，余法松，等.往復式和螺桿式空壓機振動包絡頻譜圖對比分析及故障點的判斷[J].河南化工，2016（30）：52-54.

[4]李招娣.空壓機振動異常故障檢測與分析[J].山東煤炭科技，2017（3）：110-112.

[5]煤礦螺桿空壓機振動分析及改進[J]. 陳虹微，王榮杰. 煤礦機械. 2015（10）

[6]往復式和螺桿式空壓機振動包絡頻譜圖對比分析及故障點的判斷[J]. 盧世忠，文劍峰，余法松，李建平. 河南化工. 2013（05）

[7]利用頻譜分析技術進行空壓機的故障診斷[J]. 王麗君，喬文生. 風機技術. 2005（02）