通风机振动测试虚拟仪器的研究与开发.doc

通风机振动测试虚拟仪器研究与开发

摘要: 本文构件了采取虚拟仪器技术进行通风机振动测试硬件平台; 采取LabVIEW开发平台, 开发了集信号采集、 分析、 存放和测试报表生成等功效于一体振动信号测试虚拟仪器; 采取该仪器对红石崖煤矿通风机进行振动测试, 表明该仪器满足测试要求, 并能为故障诊疗提供依据, 提升测试自动化程度。
关键词: 通风机; 振动; 虚拟仪器; LabVIEW
中图分类号:

Development of Virtual Instrument for Fan Vibration Testing

Abstract: The platform of virtual instrument technology based fan vibration testing was established; The virtual instrument for fan vibration testing, which had the functions of signal acquisition, analysis, storage and report forms, was developed; The developed virtual instrument was applied in the fan vibration testing of Hongshiya Mine, the results indicated that the instrument satisfied the requests of test and could offer basis for failure diagnose, and this improved the automation of test.
Keywords: Fan Vibration Virtual Instrument LabVIEW

1. 引言
通风机是煤矿安全生产关键设备, 担负着向井下输送新鲜空气、 排出粉尘和污浊气流, 确保矿井安全生产重担。通风机运行时, 振动是影响风机安全运行关键原因之一, 据统计振动故障占风机故障60%以上[1]。为确保通风机安全、 稳定、 经济地运行, 《煤矿安全规程》要求, 生产矿井主通风机在安装后、 生产运行前, 应进行振动性能测试; 同时要求在使用过程中应定时对主通风机进行振动性能测试, 获知设备负载运行实际情况, 检验运行品质, 诊疗潜在不利原因, 以改善煤矿通风管理, 优化通风系统运行状态, 确保设备高效、 安全、 经济地运转。
2. 振动测试原理
振动参数关键有位移、 速度及加速度, 以及有这三种参数组成统计量如峰峰值、 均方根值、 平均值等。在这些统计量中, 均方根值是表示振动信号中各频率分量能量综合影响, 表征着振动威力或破坏能力, 称为振动速度。所以, 通风机性能测试中振动烈度以振动速度均方根值作为评价指标[2]。
在各个测量方向和测量点上, 对于刚性支撑, 测得振动速度均方根值mm/s; 对于刚性支撑, 测得振动速度均方根值mm/s。
振动速度可表示为:

式中: ——振动速度均方根值, mm/s;
——随时间改变振动速度函数, mm/s;
——振动周期, s;
——时间自变量, s。
3. 系统硬件组成
基于虚拟仪器振动测试仪由硬件和软件两部分组成。硬件部分关键包含传感器、 信号调理电路、 采集卡和计算机四部分。系统中振动传感器采取压电加速度传感器LC0121, 其频率范围为0.7Hz~10kHz, 分辨率为0.0002g, 灵敏度为150mV/g; 信号调理采取LC0207恒流源模块完成。采集卡采取NI企业基于PCI总线DAQ Pad-6014, 该采集板有16条模拟输入通道, 12位逐次迫近式A/D转换器, 三个8位TTL电平数字输入输出端口, 2个16位定时/计数器; 主机采取一般计算机。虚拟仪器硬件组成框图如图1所表示。
图1 虚拟仪器硬件组成框图
振动信号经过压电加速度传感器取得, 经过信号调理电路将振动信号转换为标准信号; 数据采集卡将采集到电压信号转换为计算机能够处理数字信号; 经过设备驱动程序, 数字信号进入计算机; 在LabVIEW平台下, 运行编制振动测试软件, 对取得振动信号进行滤波、 异值剔除, 并经过相关算法和程序实现振动测试所要求参数。
4. 系统软件设计
在虚拟仪器测试系统中, 硬件电路仅对信号进行简单处理, 大部分功效模块都由软件实现。对通风机进行振动测试目为: 判定通风机运行是否满足安全运行要求以及对通风机进行故障诊疗和分析提供依据。所以系统软件设计也以确保这两个基础功效为前提进行设计。
为使振动测试程序能够作为通风机性能测试软件子程序, 对振动测试程序开发采取面向对象编程思想, 严格结构层次, 独立模块化设计方法进行设计。本系统软件部分采取LabVIEW 语言进行编程。依据以上分析, 设计测试仪器软件功效结构如图2所表示:

图2 系统软件功效结构图
(1) 振动测试主程序。加载测试系统硬件驱动程序, 并完成振动测试程序初始化, 该部分为虚拟仪器软件载体。
(2) 参数设置。包含数据采集卡参数设置与滤波器参数设置。
(3) 数据统计、 数据回放。用以对振动测试数据进行统计于回放, 为通风机不一样时期振动数据比较与故障诊疗提供依据。
(4) 数据分析。用于实现对通风机振动信号分析。包含振动信号滤波处理、 频谱分析、 以及振动加速度峰峰值、 振动速度值、 振动位移峰峰值等振动烈度评价指标, 并据此评判通风机振动指标是否符合安全要求。
(5) 报表生成。在振动测试以后, 测试仪器可生成振动测试报表, 得到振动测试结果。
5. 测试系统试验与结论
采取开发通风机振动测试虚拟仪器, 对红石崖通风机进行现场测试, 得到振动速度如表1所表示, 其中V为垂直方向, H为轴向, A为径向。
表1 红石崖通风机振动速度
测点
1#风机振动速度(mm/s)
2#风机振动速度(mm/s)
V
H
A
V
H
A
1
3.354
1.876
4.705
3.466
2.486
3.542
2
2.160
2.770
4.590
4.880
2.556
3.522
3
1.654
1.853
4.396
1.102
3.298
2.308
4
1.566
1.168
7.870
1.572
1.442
1.958
5
3.312
4.336
9.858
1.812
1.276
1.176
6
3.526
4.256
8.110
1.318
1.470
1.014
7
4.290
3.434
6.906
1.994
4.204
1.214
8
5.220
4.134
4.956
2.786
3.376
1.366
9
3.894
3.368
6.340
1.506
1.400
1.188
10
4.620
4.288
5.722
4.686
3.698
1.304
对1#风机和2#风机测试数据进行比较分析能够看出, 2#风机在各个方向上振动速度较为平均, 且2#风机在各个测试点测得振动速度数值4.6mm/s, 表示2#风机振动没有超出国家标准要求, 符合安全要求; 而1#风机测试数据中, 径向振动速度均偏大, 超出标准要求, 所以判定1#风机为存在故障, 应进行维护。
从1#风机测试数据能够得出风机振动特征为径向振动大, 而轴向振动较小。所以估量造成振动偏大原因为通风机转子不平衡。通风机转子不平衡故障原因可能为: 装配不妥、 转子上附有介质（如灰尘）、 转子磨损、 转子破裂或丢失部件。因为1#风机为刚刚安装新风机, 所以估量振动产生原因为装配不妥, 提议对1#风机安装进行调整。

参考文件:
[1] 李春华, 肖洋, 矿井通风机振动故障诊疗, 黑龙江科技学院学报[J], .7 Vol 16 No.4, 237~240.
[2] 中国安全生产行业标准AQ 1011-, 煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范.