旋转机械故障诊断系统与算法开发及其应用研究

摘要

旋转机械设备被广泛应用于电力、机械制造等许多重要领域,其健康状况不仅影响设备本身的运行,还可能给生产造成影响,严重时会造成国民经济重大损失,甚至导致机毁人亡。对机械设备的状态监测和故障诊断是十分必要的。应用信号处理方法对振动信号进行特征提取,进而诊断出其健康状况,是机械设备故障诊断领域的重要研究方向。
　　本文首先研究了全息谱技术在Microsoft Visual Studio.NET环境下的算法实现与改进,进而对模拟信号、转子实验台等信号进行分析,研究了全息谱技术和轴系空间振型在机械设备的振动状态监测和故障诊断中的应用。鉴于位移信号更有效,而实际受条件限制,很多情况下只能测得加速度信号的情况,文章对振动信号数值积分进行了研究。
　　同时,针对目前故障诊断算法的实现多是基于MATLAB和Labview软件平台的问题,应用MS VS.NET平台开发出一套状态监测与故障诊断系统,为算法和系统的工程实用化奠定了基础。文章先后研究了振动信号的实时采集,建立多通道实时信号采集系统,接着建立了基于Access的数据库系统,进而搭建了一套旋转机械振动状态在线监测与诊断系统;在此基础上对实际工程案例进行研究分析,探究其在工程领域的应用,本文的主要内容及研究结果如下:
　　(1)全息谱技术和轴系空间振型在机械设备的振动状态监测和故障诊断中的应用研究
　　针对全息谱技术和轴系空间振型的算法实现过程中对信号的幅值、相位信息及频率分量反求准确性高,而一般带通滤波方法不能满足要求的问题;研究了运用频域方法来代替带通滤波方法来反求信号的幅值、频率分量、相位信息等。
　　针对在研究全息谱技术在机械设备振动状态故障监测与诊断中应用时需要其它信号处理方法的问题。设计并制作一套《基于VS.NET的全息谱分析系统》,集多个测量截面的波形、幅值谱、轴心轨迹、二维全息谱、瀑布图、全息瀑布图分析于一体。在此基础上应用所建立系统对转子信号对比分析,验证了算法的准确性,并探究了全息谱技术,轴系空间振型在机械设备的振动状态监测和故障诊断中的应用。
　　(2)加速度信号数值积分的研究与应用
　　鉴于加速度传感器具有重量轻、体积小、频率范围宽、灵敏度高等优点,而实际受条件限制,很多情况下只能测得加速度信号的情况。本研究对加速度信号数值积分进行了探索,分别对比总结出时域积分和频域积分的优缺点。一定程度上频域积分可以有效去除时域信号的微小误差在积分过程中产生的趋势项,使得结果更加准确。
　　(3)旋转机械振动状态监测与故障诊断系统的搭建及应用实例
　　为便于实验和研究更好地进行,搭建设备振动状态在线监测与诊断系统,包括三部分:《多通道实时信号采集系统》、《基于Access的数据库系统》、《信号分析系统》。系统在设备在线工作时通过实时信号采集子系统监测转子系统振动情况,将所获报警数据和定时存储数据存储到数据库子系统;由离线子系统检索数据库进行数据分析。该系统是为了满足工程化的需求,提供一种利用基于Visual Studio.NET软件平台的旋转机械振动状态监测与诊断系统及方法,更加贴近工程实际。

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第一章 绪言

1.1 研究目的、意义及来源

1.2 研究现状

1.3 研究对象、方法及内容

第二章 全息谱技术及轴系空间振型的算法实现与应用研究

2.1 引言

2.2 全息谱技术的基本概念与算法实现

2.3 本特利转子实验台模拟旋转机械设备故障的研究

2.4 模拟60万千瓦汽轮机轴系振动台

2.5 本章小结

第三章 加速度信号数值积分的研究

3.1 引言

3.2 时域积分

3.3 频域积分

3.4 海上风力发电机组测试分析

3.5 本章小结

第四章 旋转机械振动状态监测与故障诊断系统的搭建

4.1 引言

4.2 系统开发思路

4.3 系统开发环境与开发工具

4.4 系统整体框架组成

4.5 本章小结

第五章 状态监测与故障诊断系统的应用实例

5.1 引言

5.2 聚合安定封端机

5.3 固液分离机

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要研究内容总结

6.2 本文不足之处与研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间部分研究工作成果