基于多参数的风机状态监测与故障诊断的研究

发布时间：2020-10-22 04:32

　　 通风机属于通用机械范畴,在国民经济的各部门应用十分广泛。尤其在火电厂中,通风机是烟风系统的动力源,其运行状况直接关系到电厂的安全、经济运行,因此实施对通风机状态监测与故障诊断具有重大意义。目前该课题研究是以机械特性为研究主体、以对振动信号的故障诊断为主要内容而展开的。而综合空气动力性能、机械特性和非稳态流动特性的通风机状态监测与故障诊断技术在国内外还没有得到系统的研究。 基于此,本文采用实验研究与理论分析结合的方法,在实现对电站通风机的空气动力性能监测、非稳态流动特性分析和机械故障特征提取的基础上,采用统计模式识别的方法对多指标特征进行有效融合与压缩,并与神经网络结合提出了单网络和子网络的诊断模型,实现了对多特性故障、故障的不同严重程度和耦合故障的有效诊断,开发了基于多参数的离心式通风机状态监测与故障诊断系统。 1.基于参数映射的风机流量全程测量的实验研究。基于通风机无因次性能曲线反映出的性能参数间稳定的映射关系,提出了四种曲面逼近方法并对其逼近性能进行了比较说明:RBF网络具备更优越的逼近特性。文中选用RBF网络逼近风机性能曲线不同区域的非线性映射关系,进而完成了基于参数映射的流量测量模型的推导。并在实验室对该模型的应用进行了实验研究,对于风机相似定律适用范围与该模型的内在关系等与之相关的问题一并进行了实验研究,得到了该模型在相似定律范围内良好的测量精度。从而实现了基于参数映射的通风机流量的无节流准确在线监测。 2.电站离心风机旋转失速的实验研究及特性分析。结合离心风机叶栅的流场状况分析了两类旋转失速的形成机理,在4-73No8D离心风机上进行了旋转失速实验研究,构造了非稳态流动实验测试系统,进行了旋转失速静态特性与渐进过程特性实验。通过实验研究,在4-73风机上发现了压力侧失速现象,并对失速的幅频域特性以及对性能参数的影响等问题进行了研究。基于失速动态特性分析的需要,采用谐波小波进行时频分析,提出了改进的非正交谐波小波,并给出了其快速算法。分别采用正交和改进的非正交谐波小波变换对于弱失速特性、渐进失速过程时频特性等进行了分析研究,给出了相关结论。研究结果也显示出了谐波小波变换在风机旋转失速特性分析方面的优越性。 3.通风机故障的实验模拟和故障诊断的多指标特征生成。在离心风机实验台上对于典型的机械和非稳态流动故障进行实验模拟,构建了风机故障实验的测试系统,对机械、空气动力特性参数进行了测量、变换和处理,为故障诊断提供了逼近于现场运行风机的故障样本集。在此基础上,分别就机械振动信号的谐波特征、能量特征、碰摩故障奇异性定性和定量特征生成,以及非稳态流动故障识别中动态压力信号频率与性能参数联合特征生成等问题采用小波变换等方法进行了研究,形成 WP=5 了风机故障诊断的多参数多指标特征,并给出了特征的预处理方法。 4.基于统计模式识别方法的风机故障诊断特征压缩和神经网络分类。采用特征选择方法进行了特征压缩与融合,选择兼备均值差别和方差差别的Bhattacharyya距离作为准则函数,采用综合类别对之间判别能量比较的特征选择算法,推导出了B-特征选择的特征压缩方法,并与具备优良边界特性的单隐层前向网络构成B-单网络诊断模型,以此作为风机单故障的诊断模型。对耦合故障诊断问题提出了B-子网络诊断模型,并应用实验样本验证了B-特征选择算法和B-子网络诊断模型的优越性。 5.基于多参数的风机状态监测与故障诊断系统(FMMDS)的开发。开发了FMMDS的软硬件系统,该系统具备多特性多参数监测,多指标特征生成与压缩、多功能信号分析、管网阻力状态评价、风机运行经济性分析、单故障与耦合故障的诊断,以及高速同步采样与DCS通讯等多种功能。在FMMDS的工程实践中,针对某电厂的200MW机组送引风机,开发了基于DCS的通风机状态监测与分析系统FMAS1.0。
【学位单位】：华北电力大学（河北）
【学位级别】：博士
【学位年份】：2004
【中图分类】：TH43
【部分图文】：

2.3.3 变转速工况下 4-73 风机相似定律的适用范围由于风机性能曲线是在额定转速下获得的，因此性能曲线在变速工况下的变化规律也就成为基于性能曲线的参数映射规律探讨的一个必要环节，从而使得该研究与风机相似定律适用范围的研究直接关联起来。在变速运行时，通常根据通风机相似定律的性能换算法，将性能参数换算成规定的要求。目前，基于雷诺数 Re 等对通风机相似参数影响规律的相似换算原理虽已清楚，但变速前后相似定律的适用范围却至今没有解决，从而在一定程度上制约了相似定律的准确应用。作者通过实验研究得出了 4-73No8 离心风机变速调节时不同负荷下雷诺数 Re ( Re/(60)22= π Dnν，其中2D 为叶轮外径，n为转速，v为气体的运动粘性系数)与无因次流量系数vq 、无因次全压系数 p 和无因次功率系数 N 的变化关系曲线，实验结果如图 2-3 所示。探讨了转速变化对性能参数相似换算的影响，得出如下几点结论：1）Re 数对 4-73 通风机的流量系数vq 影响很小。2）当6Re <2.0×10时，Re 数对损失有影响，随着 Re 数的增大，全压系数 p 和功率系数 N 先快速下图 2-2 离心风机调节性能曲线的曲面特性(b) 4-73No8D 风机 N~qv无因次调节性能曲线及曲面

不同阻力条件下无因次参数随雷诺数变化曲线(4-73风机，R1

点l输出为：∑==HhlhlhoWa1层节点 h 与输出节点 l 之间的连接权值。训练的目标函数仍取为网络运算输出与训练样本的目与 BP 网络的目标函数是一致的，如式（2-13），则由的调整过程变成了最小二乘的权重优化过程，即W 将 BP 网络的非线性权重优化过程转化为线性最小二速度显著提高。近方法逼近性能的比较3-11No29D 风机无因次性能曲线的参数映射规律的逼分别用最小二乘曲面拟合、偏最小二乘曲面拟合、标曲面逼近方法对风机的性能曲线参数映射规律 ( p = fq和 RBF 网络训练的期望误差均设定为5510 × 。
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本文编号：2851096

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