[发明专利]一种基于DENSENET的汽缸蠕变检测与寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种基于DENSENET的汽缸蠕变检测与评估方法，该方法用于检测汽缸是否发生蠕变，如若发生了蠕变失效，则停机检查，并密切关注汽缸的后续运行状态，防止发生安全事故；其次，预测剩余蠕变寿命并根据剩余寿命合理安排修检计划。本发明通过采集汽缸的温度、压力和应变信息，将其转化为图片，建立微调DENSENET网络实现对输入汽缸测量数据的蠕变检测与寿命预测任务，使得普通操作人员可以在保证不破坏汽缸本体的同时，即时有效的检测到汽缸的蠕变状况并预测蠕变寿命，合理安排机组运行计划，延长汽缸的使用寿命，保证了机组的安全有效的运行。

主权项

1.一种基于DENSENET的汽缸蠕变检测与寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在汽缸内侧布置测量区域，分别在测量区域布置温度传感器、压力传感器与应变传感器，获得单个汽缸的温度、压力和应变随时间变化的数据；需要采集的数据包括正常运行状态下以及蠕变扩展状态下的测量结果，并对正常运行状态与蠕变扩展状态测量结果进行标记，N_n,i,j,t为某汽缸正常运行状态下的测量数据，C_n,i,j,t为该汽缸蠕变扩展状态下的测量数据，C_n,i,j,t和N_n,i,j,t一一对应，该汽缸蠕变总寿命为TLife_n，格式为{Y‑M‑D‑H‑MM‑S}_n，即{年‑月‑日‑时‑分‑秒}_n；其中n＝1,2,3...,N，N为测量汽缸总数，i＝1,2,3，分别代表了温度数据、压力数据和应变数据，j＝1,2,3...,J，J为单个汽缸测量区域总数，t＝1,2,3...,T，T为测量时间点的总数，而每一个t都对应一个具体的时间点，用{Y_t‑M_t‑D_t‑H_t‑MM_t‑S_t}_n表示，即{年_t‑月_t‑日_t‑时_t‑分_t‑秒_t}_n，所有的温度、压力与应变数据均是相同时刻测量结果；2)汽缸测量数据预处理，并分别对温度、压力和应变测量数据进行归一化处理；将采集到的汽缸测量数据C_n,i,j,t和N_n,i,j,t分别随机切割出M个长度为L的汽缸测量短小数据集C′_n×m,i,j,t和N′_n×m,i,j,t，其中m＝1,2,3...,M，M为单个汽缸的短小数据总数，t＝1,2,3...,L，L为短小数据的长度，即时间点的总数，i和j保持不变，分别表示测量数据的性质，温度、压力和应变以及汽缸的测量区域总数；对所有的汽缸测量数据{N′_i,j,t}_n×m和{C′_i,j,t}_n×m进行归一化处理，三种数据温度、压力和应变对应为图片RGB像素值，并据此将数据转化为图片；3)设置汽缸测量数据标签；正常运行状态的测量数据{N′_i,j,t}_n×m的标签有两个，分别是类别标签Class_n×m＝0，表示正常运行，寿命标签Life_n×m＝TLife_n‑OLife_n×m，表示此刻汽缸的剩余寿命，其中TLife_n表示对应所测量汽缸的蠕变总寿命，OLife_n×m表示对应汽缸运行时间；蠕变扩展状态的测量数据{C′_i,j,t}_n×m的类别标签Class_n×m＝1，表示汽缸已经处于蠕变扩展的状态，寿命标签Life_n×m＝TLife_n‑OLife_n×m，表示此时汽缸的剩余寿命；4)针对汽缸测量数据划分训练集与验证集；对于蠕变检测网络，输入为X_2n×m＝{N′_i,j,t}_n×m+{C′_i,j,t}_n×m，将输入X_2n×m随机打乱，按照4：1的比例将X_2n×m分为训练集(X_2n×m×0.8)_train与验证集(X_2n×m×0.2)_validate，对应标签为(Class_2n×m×0.8)_train与(Class_2n×m×0.2)_validate；对于预测网络，输入的处理方法与蠕变检测网络相同，X′_2n×m＝{N′_i,j,t}_n×m+{C′_i,j,t}_n×m，将输入X′_2n×m随机打乱，按照4：1的比例将其分为蠕变寿命预测网络训练集(X′_2n×m×0.8)_train与验证集(X′_2n×m×0.2)_validate，对应标签为汽缸剩余寿命(Life_2n×m×0.8)_train与(Life_2n×m×0.2)_validate；5)分别搭建基于DENSENET的汽缸蠕变检测网络和蠕变寿命预测网络；首先根据图片大小分类层的池化层参数调节DENSENET网络结构；其次，修改汽缸蠕变检测与寿命预测网络的全连接层结构，对于蠕变检测网络，修改其中全连接层的输出类别数量为2，分别为正常运行状态与蠕变失效状态；对于蠕变寿命预测网络，修改其中全连接层的输出类别数量为1，即为剩余寿命；6)训练基于DENSENET的蠕变检测网络和蠕变寿命预测网络；7)蠕变检测与寿命预测；将汽缸测量数据分别按照步骤1)、步骤2)和步骤3)进行处理，得到归一化后的汽缸测试数据，将其转化为图片的形式；以汽缸测量图片为输入，首先采用蠕变检测网络判断此时汽轮机该汽缸是否处于正常运行状态，如果该分类网络输出结果为0，则汽缸正常运行，否则，此时汽缸已经处于蠕变扩展状态，需要即时停机检查，并对汽缸的运行状态进行密切观测，以防发生重大安全事故；其次，采用蠕变寿命预测网络得到此时该汽缸的剩余寿命，根据剩余寿命安排机组的修检，调整运行。