风机性能测试与故障诊断探讨

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　　摘要：本文通过对工作中经验的总结与分析，提出了对风机性能测试与故障诊断的措施，希望能够在实际的工作中起到一定的参考作用。

　　关键词：风机,性能测试,故障诊断

　　风机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械，它是用来提高气体压力，并输送气体的机械,是透平机械中的一种。利用风机产生的气流做介质，可实现清选、分离、加热烘干、物料输送、通风换气、除尘降温等多种工作，所以在我国的冶金、有色金属、化工、建材和煤炭等部门，风机得到了广泛地应用。为使风机经常保持高效运行，必须参照风机性能曲线来选择风机的运行工况点，因此在风机出厂之前须进行风机性能试验以准确绘制性能曲线。积极探索新的风机性能测试方法，减少手工测量、人为读数的误差，提高风机性能测试的自动化水平，实现风机性能试验中试验数据的自动采集与分析，风机转速及运行工况的自动控制，实现对风机性能的测试的自动监测，提高监测效果和质量。同时，强化对风机故障的自动检测，准确判断风机故障类型，采取切实可行的对策措施，减少出厂产品的次品率，提高产品合格率。

　　1.风机的性能测试

　　由于带网测试风机,所以其总体方案布置如图1所示。工况调节点选在风峒自动调节的立式上下控制闸门上,如图1中Ⅰ—Ⅰ断面处。方法是通过改变控制闸门的上下高度,来改变通风机进风断面的大小,实现风量调节,且调节的工况点不少于5个。

　　图1　离心式风机性能测试布置示意图

　　1.回风井　2.防爆盖　3.控制闸门　4.风机　5.电机　6.风机

　　7.扩散器　Ⅰ-Ⅰ.调风量断面　Ⅱ-Ⅱ.测压断面　Ⅲ-Ⅲ.测风断面

　　测试参数包括风压、风量、电机参数、风机转速、大气参数和风机效率等。测试方法如下:

　　①风压的测定

　　离心式风机测压断面应选定在控制闸门后尽可能靠近风机的入口,如图1中的Ⅱ-Ⅱ的断面,在Ⅱ-Ⅱ断面上布置有测静压的接口,利用此接口通过传压管接至U形压差计上来测定风机入风侧的相对静压。

　　②风量的测定

　　风量测量位置应定在离通风机调节闸门前5~6m的断面处,但因受矿井条件的限制,将测风断面选择在扩散器出口,如图1中Ⅲ-Ⅲ断面,用风表采用定点法测定。为保证电机的安全,离心式通风机启动方式应按风量由小到大启动。

　　③电动机主要技术参数的测定的目的是要得到电动机的输入功率和输出功率。采用日本日置公司生产的3169型钳型功率计,可以同时同步测出电动机的输入电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率和功率因数等参数。

　　④大气物理条件的测定采用BJ-1型精密数字气压计测定大气绝对压力,采用DHM2型通风干湿表测定大气的干湿温度,根据测出的这些参数计算空气密度。

　　表1 风机性能参数测试结果

　　由上表可知实测风机性能曲线可知风机运转效率大于70%时具有良好的运转性能;该风机在工况点时的全压效率达到82.94%,大于70%,是属于高效生产;说明风机在目前工况下风量为85.45m3/s,满足了矿井目前生产所需风量80 m3/s的要求。当矿井阻力减小时,风机最大风量可提高到101 m3/s,但随着风量的提高,风机效率会降低。

　　2.风机故障诊断系统框图

　　风机故障诊断系统如图2所示。系统采用集成神经网络结构，是整个系统智能化核心。它由3部分组成：信息分配网络完成信号向各诊断子网分配;诊断子网用来诊断故障, 风机工作系统主要由风机和电机两部分组成，因此诊断网络也分为两大部分，来自这两部分的信号由信息分配网络完成定位;融合决策网络接收诊断子网的结论，进行决策融合处理给出最终结论。

　　图2　风机故障诊断系统框图

　　3.风机故障原因

　　3.1风机轴承振动超标

　　风机轴承振动是运行中常见的故障，风机的振动会引起轴承和叶片损坏、螺栓松动、机壳和风道损坏等故障，严重危及风机的安全运行。风机轴承振动超标的原因较多，如能针对不同的现象分析原因采取恰当的处理办法，往往能起到事半功倍的效果。比如烟、风道的振动通常会引起风机的受迫振动。这是生产中容易出现而又容易忽视的情况。风机出口扩散筒随负荷的增大，进、出风量增大，振动也会随之改变，而一般扩散筒的下部只有4个支点，另一边的接头石棉帆布是软接头，这样一来整个扩散筒的60%重量是悬吊受力。

　　3.2轴承温度高

　　风机轴承温度异常升高的原因有三类：润滑不良、冷却不够、轴承异常。离心式风机轴承置于风机外，若是由于轴承疲劳磨损出现脱皮、麻坑、间隙增大引起的温度升高，一般可以通过听轴承声音和测量振动等方法来判断，如是润滑不良、冷却不够的原因则是较容易判断的。而轴流风机的轴承集中于轴承箱内，置于进气室的下方，当发生轴承温度高时，由于风机在运行，很难判断是轴承有问题还是润滑、冷却的问题。

　　3.3动叶卡涩

　　轴流风机动叶调节是通过传动机构带动滑阀改变液压缸两侧油压差实现的。在轴流风机的运行中，有时会出现动叶调节困难或完全不能调节的现象。出现这种现象通常会认为是风机调节油系统故障和轮毂内部调节机构损坏等。但在实际中通常是另外一种原因：在风机动叶片和轮毂之间有一定的空隙以实现动叶角度的调节，但不完全燃烧造成碳垢或灰尘堵塞空隙造成动叶调节困难。

　　3.4旋转失速和喘振

　　转失速是气流冲角达到临界值附近时，气流会离开叶片凸面，发生边界层分离从而产生大量区域的涡流造成风机风压下降的现象。喘振是由于风机处在不稳定的工作区运行出现流量、风压大幅度波动的现象。这两种不正常工况是不同的，但是它们又有一定的关系。风机在喘振时一般会产生旋转气流，但旋转失速的发生只决定于叶轮本身结构性能、气流情况等因素，与风烟道系统的容量和形状无关，喘振则风机本身与风烟道都有关系。旋转失速用失速探针来检测，喘振用U形管取样，两者都是压差信号驱动差压开关报警或跳机。

　　4.风机故障诊断系统模型

　　4.1风机故障特征向量的选取

　　该系统主要利用振动信号对风机进行诊断。当风机出现故障时，其振动信号及工艺参数信号必然呈现出相应的征兆。表2列出了风机主要故障的振动特征及其敏感参数。选择表中的10种故障特征参数作为故障识别的信息。这10种故障特征参数又分为3类：4种振动特征(相位特征、轴心轨迹、振动方向和进动方向)、5种敏感参数(转速、负荷、油温、流量和压力)、9种频率结构(0.01~0.39 、0.4~0.49 、0.5 、0.51~0.99 、、2 、3~5 、奇数倍、>5 )。

　　4.2故障诊断模型的建立

　　集成神经网络由3个诊断子网组成，每个子网都采用3层结构：输入层-隐含层-输出层。子网NN1为单类型网络，以振动信号频谱的9个频段上的不同频率的谱的谱峰能量值作为特征量;NN2和NN3为融合网络，NN2以转速、负荷、温度、流量和压力为输入;NN3以相位特征、轴心轨迹、振动方向和进动方向为输入，3个子网的输出节点均为6，对应系统诊断的6种故障模型。迄今为止，确定隐层节点数多采用经验公式。设输入节点数为n，输出节点数为m，隐层节点数为p，大致有5种方法可确定p: