基于随机过程的机械密封剩余使用寿命预测

发布时间：2020-07-23 23:33

【摘要】：对过程工业而言,密封体积虽小,但却决定了工业设备的安全性、可靠性和耐久性。研究机械密封的剩余使用寿命(Remaining using life,RUL)可以有效地提高工业设备的使用寿命,有助于制定合理的生产计划,大大地减少了密封失效给企业带来的经济损失和意外伤害。针对密封件在实际旋转机械设备维护与管理中的重点和难点,以金刚石涂层机械密封环为研究对象,搭建了基于声发射(Acoustic Emission,AE)技术的状态监测系统,对其全寿命周期的声发射信号进行分析与处理,以达到剩余使用寿命预测的目的。在信号分析和处理中,需要对采集的声发射信号进行预处理,以降低噪声对有用信号的干扰。针对传统的小波包阈值选取的不足,提出了利用果蝇优化算法(Fruit Optimization Algorithm,FOA)优化小波包阈值的方法,与经典的统计理论估计阈值方法相比,有着运算速度大大加快,可以实现全局搜索,算法易于控制等优点。通过仿真实验发现,优化后的小波包降噪比其余五种阈值估计方法进行的小波包降噪有着更大的信噪比和更低的RMS,效果更好。预处理之后的信号需进行特征提取,研究选用常用的时域特征和频域特征作为表征信号特性的参数。通过相关系数(Correlation Coefficient,CC)确定本文特征,通过核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)对特征进行降维处理,最后用马氏距离(Mahalanobis Distance,MD)的方法建立了机械密封剩余使用寿命的单参数退化指标。研究了基于Wiener过程的剩余使用寿命预测方法,对金刚石涂层机械密封进行了剩余使用寿命预测,假定机械密封退化服从指数退化模型,为了对退化过程中的随机性进行刻画,在此引入维纳过程,推导出了剩余使用寿命的显式表达式,并假设模型参数服从正态分布,通过贝叶斯公式进行参数的后验分布更新,通过最大期望算法(Expectation Maximization Algorithm,EM)进行参数估计,最后求得当前时刻的机械密封剩余使用寿命。建立的模型较为简单,需要估计的参数较少,而且贝叶斯更新结合EM估计算法能够充分的利用实时得到的退化数据,通过不断迭代可以提高模型的估计精度,计算RUL时大大加快了计算速度。实验结果表明该方法能够有效地对产品进行RUL预测,同时随着退化数据的累积其预测精度也在不断提高。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH136
【图文】：

机械密封,策略

少故障停机时间以及停机所造成的损失，降低维护费用，提高设备有效利用率。状态监测通过各种测量手段，分析和判别设备状态，为设备的性能评价、安全运行、故障诊断和寿命预测打下坚实的基础。目前工业发展已经进入智能化时代，对设备健康状况和剩余使用寿命的预测是保障工业生产效率和产品质量的关键因素，而且机械密封系统应该具备智能化检测的功能，图 1 1 揭露了随着时间发展机械密封故障维护策略的变化，从基于人力的维修转变为基于智能化系统的维护。寿命预测是机械密封健康监测中的重要组成部分，能够避免事后维修造成的级联事故和过度维修带来的经济损失，最大程度地延长密封设备的使用寿命，其对避免重大事故的发生和预知性维护具有十分重大的意义。由于实际加工中加工条件和周围环境的差异，难以准确地确定密封件工作寿命，综合考虑机械密封的密封性和摩擦性，建立机械密封在线监测和寿命预测模型，可以及时地了解到工作中密封件的密封性能。构建基于声发射传感器的机械密封试验装置对机械密封整个运行周期进行状态监测，可以揭示密封运行过程中的特性变化，并且根据这种变化可以准确地预测出密封件的剩余寿命。

框图,技术路线,框图,金刚石涂层

西南交通大学硕士研究生学位论文参数的分布进行更新，得到了基于实时数据和先验参数进行估计，使之较为真实的反映密封的当前状声发射信号的机械密封寿命预测实验。首先对声发射法对小波包阈值进行自适应寻优，然后经过小波包了金刚石涂层的“近源”声发射信号，通过相关系 KPCA 和马氏距离得到单参数退化指标，最后通过密封的剩余使用寿命进行了预测。路线械密封和金刚石涂层相关理论知识的基础上，采用对采集的声发射信号进行降噪处理，选取了合适的特征融合方法和 Wiener 随机过程模型对金刚石涂层线如图 1 2 所示。

机械密封,基本结构

品类众多，其中密封端面摩擦副是整个机械密部件，主要分为接触式机械密封和非接触式机械密封[2密封功能主要通过两方面的力作用下实现的，一是弹性紧力，一是介质压力与弹性元件压力的压紧。其结构简封性能好，且可靠性高，动静环之间的密封端面是决定的关键，同时也决定机械密封的工作寿命，在涂层密封异常故障的情况下代表着密封的工作寿命。由此可见，为预测涂层密封的剩余寿命提供良好的数据支撑。介绍机械密封的基本结构和工作机理，并通过信号监测内的涂层特性变化。状态监测原理本结构称端面密封，是一种应用广泛的旋转轴动密封，为了适结构也不尽相同，但总体来说都具有以下基本结构。

【参考文献】