【摘要】：對(duì)過(guò)程工業(yè)而言,密封體積雖小,但卻決定了工業(yè)設(shè)備的安全性、可靠性和耐久性。研究機(jī)械密封的剩余使用壽命(Remaining using life,RUL)可以有效地提高工業(yè)設(shè)備的使用壽命,有助于制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃,大大地減少了密封失效給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和意外傷害。針對(duì)密封件在實(shí)際旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備維護(hù)與管理中的重點(diǎn)和難點(diǎn),以金剛石涂層機(jī)械密封環(huán)為研究對(duì)象,搭建了基于聲發(fā)射(Acoustic Emission,AE)技術(shù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),對(duì)其全壽命周期的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析與處理,以達(dá)到剩余使用壽命預(yù)測(cè)的目的。在信號(hào)分析和處理中,需要對(duì)采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理,以降低噪聲對(duì)有用信號(hào)的干擾。針對(duì)傳統(tǒng)的小波包閾值選取的不足,提出了利用果蠅優(yōu)化算法(Fruit Optimization Algorithm,FOA)優(yōu)化小波包閾值的方法,與經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)理論估計(jì)閾值方法相比,有著運(yùn)算速度大大加快,可以實(shí)現(xiàn)全局搜索,算法易于控制等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),優(yōu)化后的小波包降噪比其余五種閾值估計(jì)方法進(jìn)行的小波包降噪有著更大的信噪比和更低的RMS,效果更好。預(yù)處理之后的信號(hào)需進(jìn)行特征提取,研究選用常用的時(shí)域特征和頻域特征作為表征信號(hào)特性的參數(shù)。通過(guò)相關(guān)系數(shù)(Correlation Coefficient,CC)確定本文特征,通過(guò)核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)對(duì)特征進(jìn)行降維處理,最后用馬氏距離(Mahalanobis Distance,MD)的方法建立了機(jī)械密封剩余使用壽命的單參數(shù)退化指標(biāo)。研究了基于Wiener過(guò)程的剩余使用壽命預(yù)測(cè)方法,對(duì)金剛石涂層機(jī)械密封進(jìn)行了剩余使用壽命預(yù)測(cè),假定機(jī)械密封退化服從指數(shù)退化模型,為了對(duì)退化過(guò)程中的隨機(jī)性進(jìn)行刻畫(huà),在此引入維納過(guò)程,推導(dǎo)出了剩余使用壽命的顯式表達(dá)式,并假設(shè)模型參數(shù)服從正態(tài)分布,通過(guò)貝葉斯公式進(jìn)行參數(shù)的后驗(yàn)分布更新,通過(guò)最大期望算法(Expectation Maximization Algorithm,EM)進(jìn)行參數(shù)估計(jì),最后求得當(dāng)前時(shí)刻的機(jī)械密封剩余使用壽命。建立的模型較為簡(jiǎn)單,需要估計(jì)的參數(shù)較少,而且貝葉斯更新結(jié)合EM估計(jì)算法能夠充分的利用實(shí)時(shí)得到的退化數(shù)據(jù),通過(guò)不斷迭代可以提高模型的估計(jì)精度,計(jì)算RUL時(shí)大大加快了計(jì)算速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能夠有效地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行RUL預(yù)測(cè),同時(shí)隨著退化數(shù)據(jù)的累積其預(yù)測(cè)精度也在不斷提高。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH136
【圖文】：

少故障停機(jī)時(shí)間以及停機(jī)所造成的損失，降低維護(hù)費(fèi)用，提高設(shè)備有效利用率。狀態(tài)監(jiān)測(cè)通過(guò)各種測(cè)量手段，分析和判別設(shè)備狀態(tài)，為設(shè)備的性能評(píng)價(jià)、安全運(yùn)行、故障診斷和壽命預(yù)測(cè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前工業(yè)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入智能化時(shí)代，對(duì)設(shè)備健康狀況和剩余使用壽命的預(yù)測(cè)是保障工業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而且機(jī)械密封系統(tǒng)應(yīng)該具備智能化檢測(cè)的功能，圖 1 1 揭露了隨著時(shí)間發(fā)展機(jī)械密封故障維護(hù)策略的變化，從基于人力的維修轉(zhuǎn)變?yōu)榛谥悄芑到y(tǒng)的維護(hù)。壽命預(yù)測(cè)是機(jī)械密封健康監(jiān)測(cè)中的重要組成部分，能夠避免事后維修造成的級(jí)聯(lián)事故和過(guò)度維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，最大程度地延長(zhǎng)密封設(shè)備的使用壽命，其對(duì)避免重大事故的發(fā)生和預(yù)知性維護(hù)具有十分重大的意義。由于實(shí)際加工中加工條件和周?chē)h(huán)境的差異，難以準(zhǔn)確地確定密封件工作壽命，綜合考慮機(jī)械密封的密封性和摩擦性，建立機(jī)械密封在線監(jiān)測(cè)和壽命預(yù)測(cè)模型，可以及時(shí)地了解到工作中密封件的密封性能。構(gòu)建基于聲發(fā)射傳感器的機(jī)械密封試驗(yàn)裝置對(duì)機(jī)械密封整個(gè)運(yùn)行周期進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，可以揭示密封運(yùn)行過(guò)程中的特性變化，并且根據(jù)這種變化可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出密封件的剩余壽命。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 參數(shù)的分布進(jìn)行更新，得到了基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和先驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，使之較為真實(shí)的反映密封的當(dāng)前狀聲發(fā)射信號(hào)的機(jī)械密封壽命預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)。首先對(duì)聲發(fā)射法對(duì)小波包閾值進(jìn)行自適應(yīng)尋優(yōu)，然后經(jīng)過(guò)小波包了金剛石涂層的“近源”聲發(fā)射信號(hào)，通過(guò)相關(guān)系 KPCA 和馬氏距離得到單參數(shù)退化指標(biāo)，最后通過(guò)密封的剩余使用壽命進(jìn)行了預(yù)測(cè)。路線械密封和金剛石涂層相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，采用對(duì)采集的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行降噪處理，選取了合適的特征融合方法和 Wiener 隨機(jī)過(guò)程模型對(duì)金剛石涂層線如圖 1 2 所示。

品類(lèi)眾多，其中密封端面摩擦副是整個(gè)機(jī)械密部件，主要分為接觸式機(jī)械密封和非接觸式機(jī)械密封[2密封功能主要通過(guò)兩方面的力作用下實(shí)現(xiàn)的，一是彈性緊力，一是介質(zhì)壓力與彈性元件壓力的壓緊。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)封性能好，且可靠性高，動(dòng)靜環(huán)之間的密封端面是決定的關(guān)鍵，同時(shí)也決定機(jī)械密封的工作壽命，在涂層密封異常故障的情況下代表著密封的工作壽命。由此可見(jiàn)，為預(yù)測(cè)涂層密封的剩余壽命提供良好的數(shù)據(jù)支撐。介紹機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理，并通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)內(nèi)的涂層特性變化。狀態(tài)監(jiān)測(cè)原理本結(jié)構(gòu)稱(chēng)端面密封，是一種應(yīng)用廣泛的旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封，為了適結(jié)構(gòu)也不盡相同，但總體來(lái)說(shuō)都具有以下基本結(jié)構(gòu)。

【參考文獻(xiàn)】

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1 雷學(xué)林;何云;孫方宏;;金剛石涂層機(jī)械密封環(huán)的制備與拋光特性研究[J];潤(rùn)滑與密封;2017年09期

2 李軍;;機(jī)械密封失效機(jī)理分析與效能延長(zhǎng)策略[J];工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新;2017年03期

3 劉松宇;沈亞斌;;基于維納過(guò)程的直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)組件磨損可靠性研究[J];直升機(jī)技術(shù);2016年03期

4 徐嗣嘉;林麗;周勇;;基于共振解調(diào)和小波包能量譜的聲發(fā)射信號(hào)特征提取[J];無(wú)損檢測(cè);2016年01期

5 吳炬卓;牛海清;葉開(kāi)發(fā);;基于粒子群優(yōu)化的最佳閾值法在局部放電信號(hào)去噪中應(yīng)用[J];電測(cè)與儀表;2015年10期

6 於秋萍;孫見(jiàn)君;涂橋安;馬晨波;;接觸式機(jī)械密封基本性能研究進(jìn)展[J];流體機(jī)械;2015年02期

7 郭宏川;;超聲導(dǎo)波在壓力管道腐蝕檢測(cè)中的應(yīng)用[J];石油和化工設(shè)備;2014年11期

8 金敏;魯華祥;;一種遺傳算法與粒子群優(yōu)化的多子群分層混合算法[J];控制理論與應(yīng)用;2013年10期

9 肖正安;;改進(jìn)FOA算法在語(yǔ)音信號(hào)盲分離中的應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2013年16期

10 王衍;孫見(jiàn)君;馬晨波;涂橋安;周飛;;雙向旋轉(zhuǎn)式非接觸機(jī)械密封技術(shù)研究進(jìn)展[J];流體機(jī)械;2013年03期

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1 李曉暉;流體動(dòng)壓型機(jī)械密封端面狀態(tài)監(jiān)測(cè)及健康評(píng)估[D];西南交通大學(xué);2016年

2 潘東輝;基于退化數(shù)據(jù)的產(chǎn)品可靠性建模與剩余壽命預(yù)測(cè)方法研究[D];華中科技大學(xué);2014年

3 王小林;基于非線性Wiener過(guò)程的產(chǎn)品退化建模與剩余壽命預(yù)測(cè)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

4 金亮;渦流激勵(lì)聲發(fā)射在金屬板裂紋檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2011年

5 曹翌佳;氣固反應(yīng)器中基于聲發(fā)射信號(hào)的故障檢測(cè)與診斷[D];浙江大學(xué);2010年

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3 羅傳武;狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)在大型化工機(jī)組上的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2013年

4 任寶杰;機(jī)械密封在線監(jiān)測(cè)及智能控制系統(tǒng)研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2010年

5 姚舜剛;立式儲(chǔ)罐聲發(fā)射在線檢測(cè)技術(shù)的試驗(yàn)研究和應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2767985