基于分形理论的离心泵早期故障诊断研究

摘要

离心泵是众多工业生产系统中的关键设备，一旦发生故障，轻则影响生产，重则造成严重的生产事故，因此开展早期故障诊断具有重要的意义。近年来，国内外学者开始对该课题进行研究。将分形理论应用于机械系统故障诊断领域，是近年来国内外学术界研究的热点之一。
　　 本文首次将分形理论和小波分析联合应用于离心泵工况监测领域，提出了一种基于分形理论的离心泵早期故障诊断方法。本文主要研究工作和研究结果如下：
　　 1.较详细综述了国内外相关文献，分析了离心泵机械故障诊断的研究意义、现状和难点。论文搭建了离心泵振动加速度信号采集实验装置。基于振动信号实现离心泵早期故障诊断的主要困难有两点：一是信号特征和故障之间是复杂的非线性关系；二是故障早期信号微弱，加之存在受外强迫和测量误差等因素影响，特征参数难以提取。
　　 2.基于非线性时间序列动力学互相关因子指数分析方法，结合旋转机械运行特点，引入振动信号均方值，提出了一种改进动力结构突变点检测方法—动力学因子指数分割改进算法。通过理想时间序列，验证了所提方法检测动力结构突变的有效性。以CWRU轴承试验数据为例，将所提方法应用于轴承工况监视数据动力学异同性分析，结果表明负载变化对轴承系统运行动力结构影响较小，而故障影响则较为明显。分析与应用结果表明了所提算法的有效性。
　　 3.基于分形理论和小波分析方法提出了一种新的故障特征提取方法。首先利用小波分解将离心泵故障振动信号分解到不同频带，然后以广义维数为基础，计算和绘制不同频带信号的广义维数图谱，提取故障特征，实现早期故障诊断。通过对轴承测试数据和离心泵测试数据的分析，表明该方法可用于离心泵故障早期特征提取和诊断。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本课题研究背景、目的及意义

1.2基于振动信号分析的故障诊断研究现状

1.3基于振动信号分析的早期故障诊断现状

1.4离心泵早期故障诊断存在问题

1.5分形理论在故障诊断中应用现状

1.6本文主要研究内容

第二章 实验装置及离心泵常见机械故障

2.1实验装置与测试系统

2.1.1水泵综合实验台

2.1.2水泵振动测试系统构成

2.2离心泵常见机械故障的机理和特征

2.2.1转子故障

2.2.2轴承故障

2.2.3联轴器故障

2.2.4常见故障特征总结

第三章 基于动力学相似性分析的旋转机械故障突变点检测研究

3.1引言

3.2分形理论基础概述

3.2.1相空间重构

3.2.2关联积分

3.3时间序列相似性分割方法

3.3.1动力学相关因子指数算法

3.3.2动力学相关因子指数改进算法

3.3.3分割算法构造

3.4时间序列的构建和检测

3.4.1理想时间序列的构建和检测

3.4.2噪声对检测的影响

3.5实验分析

3.5.1正常状态振动数据分析

3.5.2早期故障状态振动数据分析

3.6本章小结

第四章 基于分形理论和小波分析的离心泵早期故障诊断研究

4.1引言

4.2分形理论和小波分析应用于早期故障诊断基本原理

4.2.1广义维数谱

4.2.2小波分析基础理论

4.2.3分形理论和小波分析应用于早期故障诊断基本原理

4.3实验分析

4.3.1轴承测试数据分析

4.3.2水泵测试数据分析

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1研究总结

5.2进一步研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的相关论文