引言

旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為一種動(dòng)力裝置,在各行各業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用,如汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等,在電力、航空、交通等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。為了保障設(shè)備運(yùn)行安全,在設(shè)備正常運(yùn)行中隨時(shí)監(jiān)測(cè)其振動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)消除就顯得尤為重要,由此,故障診斷專家系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

專家系統(tǒng),顧名思義,即利用專家知識(shí)開發(fā)的一套智能系統(tǒng)。它是通過(guò)將得到的專家知識(shí)庫(kù)編寫成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,利用推理機(jī)把專家知識(shí)在計(jì)算機(jī)中表達(dá)出來(lái),從而解決現(xiàn)場(chǎng)故障問(wèn)題的智能診斷系統(tǒng)。

1旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)診斷理論基礎(chǔ)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械中轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)故障最為常見,而其中不平衡、不對(duì)中、熱彎曲、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩等均為轉(zhuǎn)子的典型故障,故障的產(chǎn)生必然由某種原因引起,可以先利用故障征兆來(lái)區(qū)分故障的種類,再通過(guò)典型故障來(lái)尋找故障產(chǎn)生原因。下面介紹幾種最為常見的轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障。

1.1轉(zhuǎn)子不平衡

1.1.1故障原因

轉(zhuǎn)子不平衡可以分為三種:(1)初始不平衡。由于制造、裝配、材質(zhì)不均等原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡,表現(xiàn)為初次啟動(dòng)時(shí)振動(dòng)偏大。(2)漸發(fā)性不平衡。轉(zhuǎn)子由于磨損、結(jié)垢、腐蝕等原因?qū)е沦|(zhì)量不均勻,表現(xiàn)為隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而振動(dòng)逐漸劣化。(3)突發(fā)性不平衡。部件有脫落或有異物掉入而引起轉(zhuǎn)子不平衡,表現(xiàn)為振動(dòng)值秒級(jí)增大,然后停留在較原始值高的水平上。

1.1.2故障征兆

故障頻譜以一倍頻為主,軸心軌跡為穩(wěn)定的橢圓,時(shí)域波形為等幅正弦波。

1..轉(zhuǎn)子不對(duì)中

1.2.1故障原因

轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障主要是軸承不對(duì)中和軸系不對(duì)中。軸頸在軸承中發(fā)生偏斜而產(chǎn)生軸承不對(duì)中:軸系不對(duì)中包括軸線平行發(fā)生位移導(dǎo)致平行不對(duì)中以及軸線成一定角度交叉導(dǎo)致的角度不對(duì)中。

1.2.2故障特征

故障頻譜以二倍頻為主、一倍頻為輔,故障嚴(yán)重時(shí)二倍頻成分逐漸增大,軸心軌跡為外"8"字形,時(shí)域波形為波峰翻倍狀正弦波,周期性比較好。

1.2油膜渦動(dòng)和油膜振蕩

1.3.1故障原因

油膜失穩(wěn)是油膜渦動(dòng)和油膜振蕩故障發(fā)生的主要原因。

轉(zhuǎn)子在軸承內(nèi)由于偏心質(zhì)量力的作用而偏離平衡位置,即發(fā)生油膜渦動(dòng)故障:當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到轉(zhuǎn)子的兩倍一階臨界區(qū)域,渦動(dòng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生共振,軸頸與軸承表面發(fā)生撞擊而使油膜破裂,發(fā)生油膜振蕩故障。

1.3.2故障征兆

油膜渦動(dòng)故障頻譜一般以半頻和工頻為主,軸心軌跡會(huì)變?yōu)閮?nèi)"8"字形:油膜振蕩頻譜以轉(zhuǎn)子一階臨界頻率為主,軸心軌跡會(huì)發(fā)生擴(kuò)散不規(guī)則變化。

.專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)

專家系統(tǒng)的開發(fā)語(yǔ)言為Python,使用Dell數(shù)據(jù)庫(kù)。該系統(tǒng)主要由專家知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、系統(tǒng)界面四部分組成,其中核心部分為專家知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)[4-6]。

..1專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1專家知識(shí)庫(kù)開發(fā)

專家知識(shí)庫(kù)是用于提取、總結(jié)振動(dòng)專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和書本知識(shí),采用產(chǎn)生式規(guī)則表達(dá)專家知識(shí),利用專家知識(shí),梳理故障模式,根據(jù)故障模式編寫規(guī)則表達(dá)專家知識(shí)。

2.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)

數(shù)據(jù)來(lái)源于DCs數(shù)據(jù)和TDM數(shù)據(jù),與知識(shí)庫(kù)中表示和組織相容或一致。數(shù)據(jù)采集框架如圖1所示。

2.1.3推理機(jī)開發(fā)

結(jié)合大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與專家知識(shí),根據(jù)一定的推理機(jī)制對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo),最終得出結(jié)論。專家系統(tǒng)診斷結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1.4系統(tǒng)界面

系統(tǒng)界面是用戶與系統(tǒng)交流信息的窗口,用戶可通過(guò)系統(tǒng)界面來(lái)獲取需要的數(shù)據(jù)及診斷結(jié)論,還可以進(jìn)一步充實(shí)專家系統(tǒng)的專家知識(shí)庫(kù)。系統(tǒng)登錄界面如圖3所示。

2.2專家系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)用

2.2.1平臺(tái)界面

專家系統(tǒng)平臺(tái)包含了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、故障診斷等功能,該系統(tǒng)能夠?qū)﹄姀S內(nèi)主要旋轉(zhuǎn)機(jī)械包括汽輪機(jī)、汽動(dòng)給水泵組、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵等重要設(shè)備實(shí)現(xiàn)運(yùn)行振動(dòng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),從而保證設(shè)備安全運(yùn)行。

專家系統(tǒng)平臺(tái)主界面如圖4所示。

2.2.2數(shù)據(jù)分析

專家系統(tǒng)平臺(tái)不僅存儲(chǔ)著設(shè)備的振動(dòng)數(shù)據(jù),還實(shí)時(shí)采集機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù),而且可以對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,包括波形、頻譜、波特圖、極坐標(biāo)圖等,為下一步故障診斷奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)分析界面如圖5所示。

2.2.3故障診斷

在故障診斷方面,結(jié)合電力系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)電廠機(jī)組運(yùn)行情況和國(guó)內(nèi)典型振動(dòng)故障診斷案例,分別與設(shè)備管理人員、運(yùn)行人員進(jìn)行了多次交流討論,提煉出了汽輪發(fā)電機(jī)組、汽動(dòng)給水泵組、引風(fēng)機(jī)振動(dòng)專家知識(shí)庫(kù),針對(duì)各種故障類型,分別研究運(yùn)行參數(shù)、TDM數(shù)據(jù)與故障類型之間相互關(guān)系,梳理出多種不同故障診斷模型,大大提高了專家系統(tǒng)平臺(tái)故障診斷的精確性。

3結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一套旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)管理專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),其對(duì)火力發(fā)電廠中重要的旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備均能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)振動(dòng)監(jiān)控,并能根據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析,通過(guò)專家知識(shí)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的診斷知識(shí)進(jìn)行故障診斷推理,得出最終診斷分析結(jié)論,并給出相應(yīng)解決措施,為設(shè)備安全運(yùn)行提供了可靠保證。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用,為將來(lái)智能電廠的建設(shè)提供了良好的借鑒。