一种矿用主通风机安全隐患监测预警系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通风机安全应用技术领域，尤其是涉及一种矿用主通风机安全隐患监 测预警系统及方法。
【背景技术】
[0002] 矿井通风是指将新鲜空气输入矿井下，增加氧气浓度，以稀释并排除矿井中有毒、 有害气体和粉尘。矿井通风的基本任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的 需要；冲淡井下有害气体和粉尘，保证安全生产；调节井下气候，创造良好的工作环境。矿 井通风设备中，通风机（简称风机）是矿井通风系统的重要设备之一，其工作性能直接决定 矿井通风效果。矿井内使用的通风机为矿用风机，矿用风机是轴流通风机的一种，因其使用 行业和适用场所的特殊性以及在性能参数和外型尺寸上与一般轴流通风机存在较大差异。 矿用风机按构造可分为普通型矿用风机和对旋型矿用风机两种。其中，普通型矿用风机为 单叶片，型号有k40、k45、jk40、jk58-l、jk56-l等。对旋型矿用风机又分为两种，一种是 双叶轮双电机，如djk50、FBD型等；另一种是双叶轮单电机，如jk58-2、jk56等。矿用风机 按用途分为主扇、辅扇和局扇三种类型，其中，主扇是用于全矿井或矿井某一翼的通风，又 叫主通风机；辅扇是用于矿井通风网路中分支风路调节起风量的，是协助主通风机工作的； 局扇是用于矿井无贯穿风流没有打通的巷道的局部地点通风。
[0003] 实际使用过程中，如能对矿用主通风机存在的安全隐患进行及时、准确监测，这样 便能根据监测结果采取对应的有效处理措施，以有效减少甚至防止矿用主通风机发生故 障，并有效保证矿井通风效果。因而，需设计一种使用操作简便、实现方便且使用效果好的 矿用主通风机安全隐患监测预警系统及方法，能对矿用主通风机存在的安全隐患进行及 时、准确监测，并能根据监测结果进行预警，提醒工作人员及时采取对应处理措施。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿用主通 风机安全隐患监测预警系统，其结构简单、设计合理、安装布设简便且投入成本较低、使用 操作简便、使用效果好，通过对实时检测到的通风机工作状况分析处理，对矿用主通风机存 在的安全隐患进行及时、准确监测。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种矿用主通风机安全隐患监 测预警系统，其特征在于：包括对被监测通风机的工作状况进行实时检测的风机工况检测 装置、对所述风机工况检测装置所检测信息进行分析处理的上位监控机和由上位监控机进 行控制的预警提示装置，所述风机工况检测装置和预警提示装置均与上位监控机相接，所 述被监测通风机为安装于矿井内的矿用主通风机；
[0006] 所述风机工况检测装置包括对被监测通风机的电机的工作状况进行实时检测的 电机工况检测装置、对被监测通风机的风机主轴的工作状况进行实时检测的风机主轴工况 检测装置、对被监测通风机的出口风速进行实时检测的风速检测装置以及对被监测通风机 的风压和风量分别进行实时检测的风压检测装置和风量检测装置；所述电机工况检测装置 包括对所述电机的三相电压分别进行实时检测的三相电压检测装置、对所述电机的三相电 流分别进行实时检测的三相电流检测装置、对所述电机的三相绕组的温度分别进行实时检 测的三相绕组温度检测装置和对所述电机的电机轴承的温度进行实时检测的电机轴承温 度检测装置；所述风机主轴呈水平布设，所述风机主轴工况检测装置包括对所述风机主轴 水平方向上的振动速度进行实时检测的第一水平振动检测装置和对所述风机主轴竖直方 向上的振动速度进行实时检测的第一竖直振动检测装置；所述三相电压检测装置、三相电 流检测装置、三相绕组温度检测装置、电机轴承温度检测装置、第一水平振动检测装置、第 一竖直振动检测装置、风速检测装置、风压检测装置和风量检测装置均与上位监控机进行 通信。
[0007] 上述一种矿用主通风机安全隐患监测预警系统，其特征是：还包括将所述风机工 况检测装置所检测信息同步传送至上位监控机的数据传送设备，所述三相电压检测装置、 三相电流检测装置、三相绕组温度检测装置、电机轴承温度检测装置、第一水平振动检测装 置、第一竖直振动检测装置、风速检测装置、风压检测装置和风量检测装置均与数据传送设 备连接且其均通过数据传送设备与上位监控机进行通信。
[0008] 上述一种矿用主通风机安全隐患监测预警系统，其特征是：所述风机工况检测装 置还包括对被监测通风机的风门绞车的工作状态进行实时检测的风门绞车工况检测装置 和对被监测通风机的联轴器的工作状况进行实时检测的联轴器工况检测装置，所述风门绞 车工况检测装置包括对所述风门绞车的提升速度进行实时检测的提升速度检测单元；所述 联轴器工况检测装置包括对被监测通风机的联轴器水平方向上的振动速度进行实时检测 的第二水平振动检测装置和对所述联轴器竖直方向上的振动速度进行实时检测的第二竖 直振动检测装置，所述风门绞车工况检测装置、第二水平振动检测装置和第二竖直振动检 测装置均与上位监控机进行通信。
[0009] 上述一种矿用主通风机安全隐患监测预警系统，其特征是：所述风机工况检测装 置还包括对被监测风机所产生噪音强度进行实时检测的噪音检测装置，所述电机工况检测 装置还包括对所述电机的机壳温度进行实时检测的机壳温度检测装置，所述噪音检测装置 和机壳温度检测装置均与上位监控机进行通信。
[0010] 同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理、实现方便且能对矿用主通风 机存在的安全隐患进行及时、准确监测并能根据监测结果进行预警的矿用主通风机安全隐 患监测预警方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
[0011] 步骤一、风机工况实时检测及检测信息同步上传：对被监测通风机的工作状况进 行实时检测，并将检测到的风机工况信息同步传送至上位监控机；
[0012] 步骤二、风机工况信息分析处理：所述上位监控机按照预先设定的分析处理频率， 且按照时间先后顺序对各分析处理时刻接收到的风机工况信息进行分析处理，并根据分析 处理结果对各时刻被监测通风机进行安全隐患诊断，得出各分析处理时刻被监测通风机的 安全隐患诊断结果；
[0013] 所述安全隐患诊断结果包括被监测通风机是否存在故障以及所存在故障的数量 和各故障的类型；所述被监测通风机的故障类型包括风机主轴故障、风机叶轮故障、电机轴 承故障、电机堵转故障、电机过载故障、电机绕组故障、风机工况运行性能不稳定故障和风 机工况运行性能不经济故障；所述电机绕组故障为电机接地故障、电机相间短路故障或电 机缺相故障；所述风机主轴故障和风机叶轮故障均为风机机械故障，所述电机轴承故障、电 机堵转故障、电机过载故障和电机绕组故障均为电机故障，所述风机工况运行性能不稳定 故障和风机工况运行性能不经济故障均为风机工况不合理故障；
[0014] 所述上位监控机对任一个分析处理时刻接收到的风机工况信息进行分析处理时， 过程如下：
[0015] 步骤201、风机工况信息同步存储：对此时刻接收到的风机工况信息进行同步存 储，所存储的风机工况信息为当前待处理风机工况信息；
[0016] 步骤202、故障诊断：调用故障诊断模块，对步骤201中所述当前待处理风机工况 信息进行分析处理，并根据分析处理结果对此时刻被监测通风机是否存在风机机械故障、 电机故障和风机工况不合理故障分别进行诊断；
[0017] 其中，对此时刻被监测通风机是否存在风机机械故障进行诊断时，根据所述当前 待处理风机工况信息中风机主轴工况检测装置和三相电流检测装置所检测信息，对此时刻 被监测通风机是否存在风机主轴故障和风机叶轮故障分别进行诊断：当风机主轴工况检测 装置中第一水平振动检测装置和第一竖直振动检测装置所检测的振动速度均大于V。时，说 明此时刻被监测通风机存在风机主轴故障；当第一水平振动检测装置和第一竖直振动检测 装置所检测的振动速度均大于V。且三相电流检测装置所检测的三相电流均大于I ^寸，说明 此时刻被监测通风机存在风机叶轮故障；
[0018] 其中，V。为预先设定的振动速度判断阈值且V。= 7mm/s~9mm/s ;I i为预先设定 的电机电流判断阈值且I1为所述电机的额定电流；
[0019] 对此时刻被监测通风机是否存在电机故障进行诊断时，根据所述当前待处理风机 工况信息中电机工况检测装置所检测信息，对此时刻被监测通风机是否存在电机轴承故 障、电机堵转故障、电机过载故障和电机绕组故障分别进行诊断：当电机轴承温度检测装 置所检测温度大于TO时，说明此时刻被监测通风机存在电机轴承故障；当三相绕组温度检 测装置所检测三相绕组的温度均大于Tl且三相电流检测装置所检测的三相电流均大于I 2 时，说明此时刻被监测通风机存在电机堵转故障；当三相绕组温度检测装置所检测三相绕 组的温度均大于Tl、三相电流检测装置所检测的三相电流均大于1 3且三相电压检测装置所 检测的三相电压均在[U_，U_]范围之外时，说明此时刻被监测通风机存在电机过载故障； 当三相绕组温度检测装置所检测三相绕组的温度均大于Tl且三相电流检测装置所检测的 三相电流不一致时，说明此时刻被监测通风机存在电机绕组故障；
[0020] 其中，TO为预先设定的电机轴承温度判断阈值且TO = 75°C~85°C ;T1为预先设定 的绕组温度判断阈值且Tl = 120°C~130°C，I2为预先设定的电机堵转电流判断阈值且12 =A1XI1, A1= 5~8 ;13为预先设定的电机过载电流判断阈值且I 3= A2XI1, A2= 1. 2~ 5且厶2< Al5Uniin= 0.95XU。，Uniax= 1.05XUQ，U。为所述电机的额定电压；
[0021] 对此时刻被监测通风机是否存在风机工况不合理故障进行诊断时，根根据所述当 前待处理风机工况信息中风压检测装置、风量检测装置和风速检测装置所检测信息，对此 时刻被监测通风机是否存在风机工况运行性能不稳定故障和风机工况运行性能不经济故 障分别进行诊断：当风压检测装置所检测的风压大于F。时，说明此时刻电机存在风机工况 运行性能不稳定故障；当风量检测装置所检测的风量大于％时，说明此时刻电机存在风机 工况运行性能不经济故障；
[0022] 其中，F。为预先设定的风压判断阈值且F。= A 3X V12, F。的单位为Pa，A 3= 0. 005~ 0. 006 ;Q。为预先设定的风量判断阈值且Q。= A4X V1, Q。的单位为m3/s，A4= 0. 15~0. 16 ; V1为所述当前待处理风机工况信息中风速检测装置所检测风速的数值，且风速检测装置所 检测风速的单位为r/min ;
[0023] 步骤203、安全隐患诊断结果输出：调用安全隐患诊断结果输出模块，且根据步骤 202中对此时刻被监测通风机是否存在风机机械故障、电机故障和风机工况不合理故障分 别进行诊断的诊断结果，输出此时刻被监测通风机的安全隐患诊断结果，并对所输出的此 时刻被监测通风机的安全隐患诊断结果进行同步显示；
[0024] 步骤204、预警判断：调用预警判断模块，且根据步骤203中输出的此时刻被监测 通风机的安全隐患诊断结果，判断此时刻是否需进行预警：当此时刻被监测通风机存在至 少一种故障时，说明此时被监测通风机存在安全隐患，控制预警提示装置进行报警提示；否 贝1J，说明此时被监测通风机不存在安全隐患；
[0025] 步骤205、返回步骤201，对下一个分析处理时刻接收到的风机