[发明专利]一种基于VMD和Wigner-Ville的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法

说明书

本发明公开了一种基于VMD和Wigner‑Ville的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法，首先利用加速度传感器采集高压隔膜泵单向阀在故障状态、正常状态下的振动信号，然后采用VMD方法分别对采集到的各状态下的信号进行分解，然后对故障振动信号、正常振动信号的k个模态分量分别基于中心频率观察法筛选出IMF分量，分别计算筛选出的各IMF分量的Wigner‑Ville分布，再分别将各模态分量的Wigner‑Ville分布结果分别进行线性叠加，得到故障、正常振动信号的Wigner‑Ville分布，采集高压隔膜泵单向阀的振动信号，并将振动信号与故障振动信号、正常振动信号的Wigner‑Ville分布对比，提取故障特征，对故障进行诊断，本发明方法实现了对单向阀状态信息的全面、有效表征，并且有效实现了高压隔膜泵单向阀的故障诊断。

技术领域

本发明涉及一种基于VMD和Wigner-Ville的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法，属于高压隔膜泵故障诊断领域。

背景技术

往复式高压隔膜泵是输送高温、高腐蚀固液两相介质的长距离、高扬程的核心动力 设备。单向阀作为高压隔膜泵核心机械零部件之一，其工作状态直接影响设备的整体性能及工作效率，且其运行过程中易受到往复运动、旋转运动及流体运动等多种类型 振源的激励，使得单向阀的振动信号非常复杂，致使单向阀的故障具有突发性、并发 性、多源性、非平稳性和非线性等特点，如果能在单向阀失效初期发现故障溯源并及 时排除隐患，具有重要意义。在单向阀故障的早期阶段，冲击成分能量所占比例较小， 且由于旋转运动和流体动力的干扰，会被引入到单向阀振动信号中形成噪声。故能有 效地实现单向阀的早期故障诊断成为了该领域的一大难点。

近些年来，国内外学者以柴油机、压缩机、离心泵、内燃机等典型往复式机械设备为重点研究对象，展开基于故障机理及基于信号分析的故障诊断方法的研究。高压隔 膜泵作为往复式的典型设备之一，目前其研究仅限于曲轴、泵阀等零部件机理特性的 研究，尚未建立起高压隔膜泵整体的系统动力学模型，无法系统地揭示隔膜泵系统的 机理特征；

国内外学者针对往复泵泵阀开展了大量的研究工作，段礼祥通过对比正常泵阀和故 障泵阀的细化谱实现往复泵泵阀的故障诊断；段礼祥在基于Volterra级数的提升小波变 换的文章中，实现了往复泵的磨损故障；徐长航提出一种基于EMD和Wigner-Ville在 往复泵泵阀振动信号特征提取中的应用；上述的方法为高压隔膜泵单向阀的故障诊断 提供了相应的借鉴和参考，但存在局限性，如EMD存在端点效应，模态混叠，算法效 率低等问题。对此，2014年Dragomiretskiy和Zosso提出的一种信号自适应处理的新 方法-变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)，该方法采用一种非递归 的处理策略，通过迭代搜寻变分模型的最优解来实现信号频域的自适应分解，分解精 度高且有效避免模式混淆的问题。鉴于VMD算法的优越性，笔者将其引入高压隔膜 泵单向阀的故障诊断。

发明内容

本发明是针对高压隔膜泵单向阀的故障诊断中故障特征信息难以提取提取的问题， 提出一种基于VMD和Wigner-Ville的高压隔膜泵单向阀故障诊断方法，实现高压隔膜泵单向阀的故障特征提取和故障诊断。

VMD为变分模态分解，Wigner–Ville为魏格纳—维利分布。