基于小波概率神经网络的旋转机械故障诊断

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1、绪论第一章1．1旋转机械故障诊断的研究意义旋转机械(汽轮机、燃汽轮机、水轮机、发电机、航空发动机及离心压缩机等机械设备)是电力、石油化工、冶金、机械、航空以及一些军事工业部门的关键设备。随着现代工业和科学技术的发展以及自动化程度的进一步提高，旋转机械正朝着大型化、高速化、连续化、集中化及自动化方向发展，生产系统中各设备之间的联系也越来越紧密。由于各种随机因素的影响，再加上其结构复杂，工作在高温、高速的恶劣条件下，旋转机械比较容易发生各种机械故障，降低或失去一定的功能。在连续生产系统中，机组一旦出现故障就可能会出现连锁反应，往往会牵涉到全厂生产系统设备的运行，导致整个设备甚至

2、整个生产过程无法正常工作，造成巨大的经济损失，甚至还会引起严重的灾难性人员伤亡事故。例如1988年2月，我国秦岭发电厂的一台200Mw汽轮机发电机组在进行超速实验时，发生了轴系断裂的严重事故，造成的经济损失约3000万元左右【l圳。如何才能保证生产的连续性，保证减少设备特别是重要设备的停机时间，是保证企业追求高经济效益的前提，’而设备状态监测和故障诊断技术将为此提供一个有效的解决途径。旋转机械设备故障诊断技术具体是指在旋转机械设备运行中或者停机时基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行现状，诊断出机械设备故障产生的部位、原因、严重程度和状态，预测设备可靠性和寿命，并提出治理对策的

3、技术。机械设备故障诊断的实施过程如右图所示【5】：机械设备正常信号采集Il故障信号采集预处理信号处理模式识别预处理]信号处理二]模式识别标准诊断库建立

4、r

5、故障诊断建立档案库辅助诊断，维修决策图1．1机械设备故障诊断的实施过程3基于小波．概率神经网络的旋转机械故障诊断实施机械故障诊断的目的在于：(1)能及时地、正确地对各种异常状态或故障状态做出诊断，预防或消除故障，对机械设备的进行必要的指导，提高机械设备运行的可靠性、安全性和有效性，把故障损失降低到最低水平。(2)保证机械设备发挥最大的设计能力，制定合理的监测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用

6、寿命，降低设备全寿命周期费用。(3)通过检测、监视、故障分析和性能评估等，为机械设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。根据文献介绍，在采用故障诊断技术之后，日本每年节约维修费用3亿英镑，扣除由于故障诊断工作投入的0．5亿元，净获利2．5亿英镑：英国节约维修费用7．5亿英镑：美国的一些知名企业如杜邦、通用汽车、德州仪器等，其维修费用都平均节省50％。因此，研究并发展旋转机械的故障诊断技术是当前科技和工业发展的主要研究课题之一。随着工业生产和科学技术的发展，人们对机械设备的可靠性、维修性、经济性与安全性，提到一个新的高度。要求进行全寿命管理，研究可靠性工程，

7、实行全面质量保证体系制度与标准，而设备故障诊断技术是设备管理与设备维修现代化过程中不可缺少的重要组成部分．1．2旋转机械故障诊断技术的发展与现状机械故障诊断技术是在西方国家率先进行的一项技术应用，经历了长期的发展过程，逐步得到了完善并在工业生产中发挥越来越大的用途，机械设备故障诊断技‘术(MechanicalFaultdiagnosis)发展，总体来讲，大致可分为4个阶段：啼3第一个阶段是在19世纪，当时机械设备本身的技术水平和复杂程度都很低，因此采用事后维修的方式。第二个阶段是20世纪后，随着大生产的发展，机械设备本身的复杂程度也有了提高，机械设备故障或事故对生产的影响显

8、著增加，在这种情况下，出现了定期维修的方式。这个时期，机械设备故障诊断技术处于孕育时期。第三个阶段是从20世纪60年代开始，特别是70年代以来，随着现代计算机技术、数据处理技术等的发展，机械设备故障诊断技术在欧美一些国家得到了发展，出现了更科学的按设备状态进行维修的方式。第四阶段是进入20世纪80年代以后，人工智能技术和专家系统、神经网络等开始发展，并在实际工程中应用，使机械设备诊断技术达到了智能化的程度。虽然，4‘绪论这一阶段发展历史并不长，但已有研究成果已经表明，机械设备的智能诊断技术具有十分广阔的应用前景。为提高系统的可靠性和安全性，故障诊断技术应运而生，不断发展起来

9、。模糊集理论、专家系统、神经网络技术和小波分析理论的发展以及检测技术、计算机技术、电子技术和通讯技术等相关学科的交叉融合为故障诊断技术的发展提供理论基础和实现条件。设备故障诊断技术己形成为一门集数学、物理、化学、电子技术、计算机技术、通讯技术、信息处理、模式识别和人工智能等多学科交叉的综合性技术，正朝着智能化方向发展。l、信号采集技术的研究，只有采集到反映设备实际状态的信号，才能利用信息处理和数据融合技术对设备的运行状态进行监测、诊断和预测。它是设备故障诊断的前提。从这个意义上讲，只有采集到反映设备实际状态的信号，