[发明专利]一种风机叶扇振动检测装置及故障检测预测方法

说明书

本发明提供一种风机叶扇振动检测及故障预测系统，风机以一定转速围绕连接轴为中心呈圆周运动旋转，该系统包括作为硬件部分的风机叶扇振动检测装置和作为软件部分的一种风机故障预测方法。

技术领域

本发明涉及风机机械故障诊断领域，尤其涉及一种风机叶扇振动检测及故障预测系统。

背景技术

风机是提供空气流的动力装置，风机通过叶扇形成空气流，风机叶扇在旋转过程中会产生机械振动，若机械振动过大会导致内部的连接轴等部件产生裂纹，直至裂纹扩大造成不可逆转的损坏，导致整个风机产生故障甚至报废。为此，如何进行预防性检测和判断风机内机械部件的裂纹损坏情况，以便提前进行维修和更换，是研究风机运行稳定性的关键和难题。参考国内其它类似的资料，对此提出的方法有很多。例如：北京联合大学(张保钦,雷保珍等.风机叶片故障预测的振动方法研究[J].电子测量与仪器学报,2014,28(3):285-291)提出基于风机加速度网络模型数据融合的风机叶片故障预测方法,通过对三维矢量分解、转换及提取技术反映风机整体运行模态,设计了数字信号处理技术的振动监控系统,对振幅超限的低频或超低频信号进行时域和频域分析,识别出了风机在4～30Hz低频区域振动引起的故障率最高,并成功实现了风机叶片机械故障发生率75％的提前预测。武汉大学(周全.直接空冷风机桥架振动研究[D].武汉大学博士毕业论文,2013)在综合分析风机桥架振动现场实测数据和有限元数值模拟分析结果的基础上，提出了风机扰力计算方法的设计建议和减震建议方案。武汉大学(沈路,贺小明.组合预测在风机振动预测中的应用[J].《中国设备工程》,2006,9(3):43-45)提出将组合预测方法引入到风机测点振动烈度的状态预测中，通过比较组合预测模型与其它几种单个预测模型的预测结果，表明采用组合预测法进行振动预测具有更高的精度。武汉理工大学(周侣勇.研究风机振动噪声分析与数值模拟研究[D].武汉理工大学硕士毕业论文,2007)提出用有限体积法对风机内部流场进行了模拟，用有限元法对此风机和外壳的振动进行了分析计算，并结合有限元法和边界元法对风机外壳的结构噪声进行了预测与数值模拟研究。华北电力大学(张小田.基于回归分析的风机主要部件的故障预测方法研究[D].华北电力大学硕士毕业论文,2013)提出基于休哈特控制图算法的另一种故障预测新方法。该方法通过建立被监测部件正常运行状态下的自回归滑动平均模型(ARMA)，针对风电机组传动系统主要部件，将ARMA模型温度预测残差作为输入信息。东北电力大学(邬春明,银海燕.改进阴性选择算法的风机振动故障诊断方法[J].中国机械工程,2016,4:479-482)提出提出了一种改进型阴性选择算法。在传统的阴性选择算法中引入马氏距离进行振动数据的初步筛选,并将算法应用于风电机组振动故障的预测。华中科技大学(李林凌,黄其柏.风机叶片噪声模型研究[J].机械工程学报,2004,40(7):114-118)通过运用运动声源产生声场的特点，建立风机叶片噪声数学模型。模拟在噪声模型参数变化的情况下叶片噪声的变化情况，得出影响风机噪声的主要因素。西北工业大学(雷剑宇,廖明夫等.预测风机喘振边界的新方法[J].风机技术,2005(4):52-53)提出利用轴振动、轴位移及风机噪声信号来预测风机喘振边界，并在实际工程中验证了其可行性。重庆大学(徐冠基,柏林.基于多元线性回归分析的风机噪声预测的研究[J].中国测试,2010,36(5):21-23)提出了采用多元线性回归分析的方法对风力发电机组噪声的声压级进行预测，通过较易实现的参数的测量，建立回归方程，用最小二乘法求取回归系数，最终建立了风力发电机组噪声声压级预测的模型。燕山大学(李磊.基于极限学习机的风机机械传动部件剩余寿命预测研究[D].燕山大学硕士毕业论文,2015)提出运用主成分分析方法和极限学习机算法对部件的运行趋势及剩余寿命进行预测分析，并以机械传动部件中的轴承部件为研究对象进行实验验证，为风力发电机机械传动部件的趋势预测及剩余寿命预测提供一定依据。宁夏大学(王佳伟,王春秀等.基于Romax的风机低速输入轴轴承疲劳寿命分析[J].2017,6(12):43-48)提出基于Romax Designer仿真分析了轴承径向游隙与润滑对风机低速输入轴轴承疲劳寿命的影响，并探讨了考虑径向游隙的风机低速输入轴轴承疲劳寿命预测公式。上海电机学院(靳子洋.风机叶片裂纹损伤状态识别技术研究[D].上海电机学院硕士毕业论文,2016)提出一种特征模态函数的双谱分析方法来进行对裂纹信号的提取。山东科技大学(刘学彬,郑伟等.一种基于ANSYS的风机叶片的有限元分析[J].福建质量管理,2017,3(18):61-64)提出利用ANSYS有限元计算软件对叶片进行振动模态及静力分析，计算叶片的固有频率、各阶振型图及应力、应变云图，为避免叶片发生共振、提高叶片使用寿命提供分析方法。安徽工程大学(辛厚智.脱硫除尘用可控风机结构设计及其性能预测研究[D].安徽工程大学硕士毕业论文,2014)提出采用数值流场模拟和试验优化相结合的方法，基于流场分析了脱硫除尘用风机叶轮结构参数对其性能的影响，设计正交试验构造试验样本，通过极差分析法研究叶轮结构参数的变化对风机性能影响的规律基础上，利用复合形法和遗传算法对脱硫除尘用风机的结构参数进行优化研究，并寻找出最优的结构参数组合。