基于小波变换的转子系统动静部件碰摩故障诊断技术研究

摘要

汽轮发电机组转动与静止部件的碰摩是常见故障。随着机组向高性能、高效率发展，动静间隙变小，碰摩的可能性随之增加，碰摩会使转子产生非常复杂的非线性振动，是转子系统发生失稳的原因之一。轻者使机组出现强烈振动，严重时可造成转子永久弯曲，甚至整个轴系损坏。因此，对碰摩点的定位与振动信号中碰摩特征提取有助于对该类故障早期诊断，对电厂生产和主设备安全运行具有重要意义。由于现场噪声较大，降噪后碰摩信号的检测研究更具有实际意义。本文在总结前人研究的基础上，利用小波分析工具和独立分量分析算法对振动信号中碰摩特征的提取与分析及消噪等方面作了以下几点工作： (1)对转子系统碰摩故障进行了实验研究。分别提取无碰摩、轻微局部碰摩、严重局部碰摩时的振动信号，并详细描述了时域、频谱、轴心轨迹的特征。针对FFT方法在非稳态、非线性振动信号分析中的局限性，本文提出利用奇异性检测与小波模极大值的关系，运用小波变换多尺度分析方法对碰摩故障的奇异点进行准确检测与定位。 (2)由于碰摩与随机噪声信号频带混叠严重，传统滤波方法对碰摩信号进行去噪效果欠佳，本文将两种信号进行小波多尺度分析后发现随着尺度的变化，两者小波模极大值传播特性不同，故提出可用小波模极大值方法对含噪信号进行降噪。实验结果发现该方法基本能检测碰摩故障奇异点的位置。 (3)当噪声幅值较大时，其小波变换模极大值会湮没碰摩信号小波变换模极大值，因此该方法无法对大噪声的碰摩信号进行去噪处理和奇异点检测。针对大背景噪声，本文提出采用快速ICA算法对碰摩与噪声信号进行分离。实验分析结果证明，该方法降噪效果较好，奇异点位置检测准确。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

§1.1选题背景与意义

§1.2国内外研究现状

§1.3本文主要工作

第二章转子系统碰摩特性研究

§2.1机组碰摩原因

§2.2碰摩发生的机理和种类

§2.3动静碰摩对转子运动产生的影响

§2.4碰摩的信号特征

§2.5本章小结

第三章小波分析理论及奇异性研究

§3.1小波变换方法

§3.2多分辨分析

§3.3傅里叶变换与小波分析的比较

§3.4奇异性检测的理论与方法

§3.5本章小结

第四章碰摩故障的实验模拟及分析

§4.1实验装置

§4.2模拟实验及分析

§4.3本章小结

第五章基于小波算法和ICA算法在碰摩信号降噪中的应用

§5.1概述

§5.2小波模极大值去噪算法及分析

§5.3独立分量分析(简称ICA)算法基本理论及去噪分析

§5.4本章小结

第六章总结

§6.1论文研究的内容总结

§6.2进一步的研究工作和本论文研究中存在的问题

致谢

参考文献

作者在读硕士期间发表的论文