小波分析在汽轮机转子故障诊断中的应用研究

摘要

汽轮机是许多工业生产中必不可少的旋转设备。汽轮机转子作为其最为重要的组成部分，其可靠性、可用性、可维修性与安全问题越来越受到人们的关注，从而促使了人们对其故障机理及诊断技术提出了更高的要求，而转子运行中的振动信号包含能够反映这类旋转设备的工作状态的重要特征，通过对振动信号的特征分析来诊断汽轮机转子的工作状态是否正常对保护设备及人身安全、提高生产效率具有重要意义。
　　本文首先分析了汽轮机转子运行过程中有可能出现的主要故障类型及相应的特征，分析了在不同故障出现时将会产生的振动特性，系统地回顾了旋转设备转子故障诊断的有关方法和原理，对振动信号的故障分析诊断方法进行研究，初步掌握了根据对振动信号进行分析及特征提取对汽轮机转子运行状态进行判断的方法，并应用罗克韦尔自动化公司的ENTEK振动监测系统对某炼油厂的汽轮机转子故障进行分析及故障诊断。同时，分析了快速傅里叶分析方法在振动信号分析应用中面临的一些局限性。
　　为解决某些汽轮机转子故障发生时振动故障信号特征不明显而容易被噪声信号掩埋，进而造成故障误判或漏判问题，查阅大量的文献，对信号处理的前沿技术之一的小波分析技术进行了深入研究和探索。初步掌握了小波分析技术对振动信号进行分解、去噪、重构与分析的方法。最后在Matlab环境下用小波分析方法对振动故障进行了分析，并与快速傅里叶方法的分析效果做了对比，在故障信号特征频率不明显的情况下，体现了小波分析技术的优势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 国外故障诊断的发展现状

1．1．2 国内故障诊断的发展过程

1．2 汽轮机转子故障诊断技术的分析方法

1．3 小波分析的应用发展

1．4 本文的主要工作

第2章 汽轮机转子故障的振动机理分析

2．1 汽轮机转子的故障类型

2．2 汽轮机转子振动故障机理分析

2．2．1 转子不平衡的故障机理与特征

2．2．2 转子动静碰摩的故障机理与特征

2．2．3 轴承不对中故障的机理与特征

2．2．4 轴承松动故障的机理与特征

2．2．5 转子裂纹故障机理与特征

2．2．6 油膜涡动与油膜振荡故障的机理与特征

2．3 本章小结

第3章 汽轮机转子故障诊断系统建立

3．1 汽轮机转子振动监测系统结构

3．1．1 汽轮机转子振动信号采集

3．1．2 快速傅里叶变换进行频谱信号分析

3．2 ENTEK振动监测系统的应用

3．2．1 报警与故障诊断

3．2．2 故障诊断

3．3 非平稳信号处理分析

3．4 本章小结

第4章 小波分析在汽轮机转子故障诊断中的应用

4．1 离散小波变换

4．2 小波基的选取

4．3 多尺度分析与小波包分解

4．4 汽轮机转子振动信号的小波包分解与重构

4．5 小波包分解能量泄漏问题研究

4．6 振动信号的去噪

4．7 最优小波包基选取优化

4．8 本章小结

第5章 Matlab环境下的分析实验

5．1 汽轮机转子碰摩故障振动信号的小波包分析

5．2 最优小波包法改进分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 研究工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢