一种新无量纲指标在石化装备故障诊断中的应用.pdf

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1、第25卷第1期广东石油化工学院学报Vo1．25No．12015年2月JoumalofGuangdongUniversityofPetrochemicalTechnologyFebruary2015．一种新无量纲指标在石化装备故障诊断中的应用、、孙国玺，张清华，覃爱淞，胡勤，赵光昌(广东石油化工学院广东省石化装备故障诊断重点实验室，广东茂名525000)摘要：在旋转机械故障诊断，尤其是复合故障诊断中，常用的五种无量纲指标会出现分类效果不佳的现象。因此，构建新的无量纲指标，来进一步提升无量纲免疫诊断器的复合故障

2、诊断效果，是值得深入研究的一项重要课题。文章基于无量纲指标构建机理，尝试通过改变无量纲指标结构参数，形成新的无量纲指标。通过仿真机组试验验证，同旧的无量纲指标相比，构建的新无量纲指标对某些轴系故障具有更好的识别能力，是一种可行的无量纲指标构建方法之一。关键词：旋转机械；故障诊断；无量纲指标中图分类号：TP277文献标识码：A文章编号：2095—2562(2015)0l一0086—040引言故障诊断技术通过对系统健康状态进行分析，从而判断发生故障的类型，为系统的及时有效维护和健康管理提供了科学的依据。旋转机械

3、设备是石油、化工、冶金、机械制造、航天等重要工程领域的关键设备，对这类设备故障诊断方法的研究一直是该领域的研究热点⋯。振动分析法主要通过对监测设备的振动数据进行时域或频域分析来进行旋转机械故障诊断。然而，旋转机械发生故障时，振动监测信号往往存在大量的非线性、随机、不可遍历的信息，给故障信号的分析带来很大的困难_2J。在时域分析中，能较好地反映故障信息的就是振动信号的概率密度函数，包括有量纲指标(如均值、均方根值等)和无量纲指标(如波形指标、裕度指标、脉冲指标等)。实际上，有量纲指标虽然对故障特征敏感，其数值

4、会随着故障的发展而上升，但也会因工作条件(如负载、转速等)的变化而变化，并极易受干扰的影响，表现不够稳定。相比之下，无量纲指标对于振动监测信号中的扰动不敏感，性能较为稳定。研究表明，现有的无量纲指标(脉冲指标、裕度指标、峰值指标、波形指标、峭度指标)通过振动监澳0数据得到的对应的故障范围之间存在一定的重合，即正常设备和故障设备的无量纲指标范围难以严格区分，从而造成诊断结果的不确定性，大大增加了无量纲指标解决旋转机械复合故障诊断问题的难度。本文基于如上问题背景，从无量纲指标构建机理出发，提出一种新的无量纲指标

5、构建方法。1常用无量纲指标无量纲指标指的是两个具有相同量纲的量的比值，以监测信号的概率密度函数为基础。由于无量纲指标是一比值，因此不受信号绝对水平的影响，与振动检测器、放大器的灵敏度和放大倍数关系不大，故监测系统无需标定，给这些指标在实际设备的故障诊断带来了便利。在实际中常用的五个无量纲指标分别是波形指标、峰值指标、脉冲指标、裕度指标和峭度指标。具体的定义分别如下：*收稿日期：2015—01—22；修回日期：2015—02—04基金项目：国家自然科学基金(61473094，61174113)；广东省战略性新

6、兴产业核心技术攻关(2012AO90l00019)；广东省普通高校特色创新项目(2014631041)作者简介：孙国玺(1972一)，男，黑龙江友谊县人，博士，副教授，主要从事石化装备的寿命预测、故障诊断和健康管理等方面研究。通讯作者：张清华(1965一)，男，广东梅州人，博士，教授，主要从事石化生产过程和生产装备的监测与故障诊断、复杂系统优化控制与仿真等方面的应用研究。第l期孙国玺等：一种新无量纲指标在石化装备故障诊断中的应用87波形指标：若／-2,m-1,：：~帮／E(Izl2)脉冲指标：若z一∞，m=

7、1，=舰．干=limf可E-(I厂zI1)裕度黼若～一，：牌：峰值指标：若z一～-z，：：limf-E-(Izlz)峭度指标：K==2新无量纲指标构建2．1核心结构参数的调整由以上常用无量纲指标不难推出无量纲指标的一般构建机理如下：令Z表示随机的振动幅值，表示Z的采样实现，p(z)表示振动幅值Z的概率密度函数，那么无量纲指标的一般定义可以表示如下：~-(IzI1)“一[fIIm(z)dz]“一(1)==丽基于式(1)，显然无量纲指标构建中分子系数l和分母系数m是关键的结构参数。正因为这两个参数的变化，导致整

8、个无量纲指标性能的变化。2．2指标空间的确定假设获取得到了分析对象设备监测下振动数据Z的M个监测数据z。，：，⋯，zu测定(样本数目M足够大)，那么无量纲指标计算过程中涉及的期望计算问题可以通过以下计算式实现近似：=E(IzI)=1善Ml那么，无量纲指标可以表示为：=计算得到的取值范围，表示为∈[n，b]。那么对应的无量纲指标的取值范围可以通过以下的方法确定：===，假定复合故障是加性的，即有故障1和故障2复合产