壓縮機故障現(xiàn)代診斷理論、方法及應用

叢書序前言

第1章 緒論 1

1.1 壓縮機在工業(yè)中的地位和作用 1

1.2 壓縮機故障診斷的目標和特點 4

1.3 壓縮機監(jiān)測診斷研究及應用現(xiàn)狀 6

1.3.1 監(jiān)測信號與傳感技術(shù) 6

1.3.2 故障機理與征兆聯(lián)系 7

1.3.3 信號處理與特征提取 8

1.3.4 智能診斷與決策方法 9

1.3.5 商業(yè)化的監(jiān)測診斷系統(tǒng) 10

參考文獻 10

第2章 離心壓縮機葉片的葉尖定時監(jiān)測診斷 13

2.1 高速旋轉(zhuǎn)葉片監(jiān)測技術(shù)概述 13

2.1.1 旋轉(zhuǎn)葉片監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀 13

2.1.2 葉尖定時監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀 13

2.1.3 葉尖定時監(jiān)測技術(shù)存在的問題 14

2.2 葉尖定時監(jiān)測技術(shù)的原理 15

2.2.1 葉尖定時監(jiān)測技術(shù)基本原理 15

2.2.2 葉尖定時傳感器 16

2.2.3 葉片振動參數(shù)辨識方法 18

2.3 欠采樣葉尖定時信號的稀疏度自適應重構(gòu)方法 20

2.3.1 葉尖定時監(jiān)測系統(tǒng)采樣模型 20

2.3.2 欠采樣葉尖定時信號的稀疏度自適應重構(gòu)方法 21

2.3.3 數(shù)值建模及實驗驗證 23

2.4 噪聲干擾下葉尖定時信號降噪及方波整形算法 25

2.4.1 葉尖定時監(jiān)測系統(tǒng)誤差分析 25

2.4.2 噪聲干擾條件下葉尖定時信號準確提取方法 30

2.4.3 方波整形算法 33

2.4.4 實驗驗證 39

2.5 變轉(zhuǎn)速葉片的多鍵相振動監(jiān)測方法 41

2.5.1 變轉(zhuǎn)速下葉片振動監(jiān)測存在的挑戰(zhàn) 41

2.5.2 變轉(zhuǎn)速下多鍵相振動監(jiān)測原理 42

2.5.3 基于多鍵相的葉片振動位移測量方程 44

2.5.4 基于數(shù)值建模及動力學仿真的方法驗證 45

參考文獻 51

第3章 往復壓縮機早期故障的提升小波診斷 53

3.1 往復壓縮機早期故障診斷的難點 53

3.2 提升小波的原理 54

3.3 非抽樣提升小波包的構(gòu)造 59

3.4 基于非抽樣提升小波包的頻率混疊消除原理 63

3.5 基于Volterra級數(shù)的邊界振蕩抑制 66

3.6 非抽樣提升小波包與奇異值分解相結(jié)合的信號降噪 72

3.7 非抽樣提升多小波包變換 75

3.7.1 提升多小波理論 75

3.7.2 冗余提升多小波包變換 76

3.8 基于提升小波與混沌理論的往復壓縮機狀態(tài)評級 79

3.8.1 往復壓縮機缸套振動信號的混沌特性 79

3.8.2 往復壓縮機狀態(tài)評級 91

參考文獻 95

第4章 壓縮機耦合故障的信息熵融合診斷 97

4.1 壓縮機常見耦合故障及其特點 97

4.1.1 壓縮機常見耦合故障 97

4.1.2 壓縮機耦合故障振動信號特征 98

4.2 壓縮機耦合故障診斷的難點與思路 98

4.2.1 壓縮機耦合故障診斷難點 98

4.2.2 壓縮機耦合故障診斷的思路 99

4.3 信息熵融合診斷理論 101

4.3.1 信息熵基本理論 101

4.3.2 信息熵故障分析方法 101

4.4 壓縮機振動信號的信息熵特征 103

4.4.1 時域奇異譜熵 103

4.4.2 自相關(guān)特征熵 104

4.4.3 頻域功率譜熵 104

4.4.4 小波空間狀態(tài)特征譜熵和小波能譜熵 105

4.4.5 小波包特征熵 106

4.5 壓縮機故障信息的盲源分離增強方法 106

4.5.1 盲源分離的基本數(shù)學模型 107

4.5.2 穩(wěn)健獨立分量分析方法 108

4.5.3 基于穩(wěn)健獨立分量分析的轉(zhuǎn)子仿真信號與實驗信號分析 112

4.5.4 工程應用-基于穩(wěn)健獨立分量分析的離心壓縮機葉輪故障診斷 119

4.6 壓縮機耦合故障的波動熵診斷模型 124

4.6.1 波動熵特征敏感變換域的確定 125

4.6.2 波動度及波動熵特征的計算 125

4.6.3 基于波動熵的耦合故障診斷方法 126

參考文獻 127

第5章 數(shù)據(jù)集不均衡下的壓縮機故障診斷 129

5.1 不均衡數(shù)據(jù)集的概念 129

5.2 不均衡數(shù)據(jù)分類常用方法 129

5.3 基于互信息的非監(jiān)督式特征選擇 132

5.3.1 基于互信息的特征選擇 132

5.3.2 基于互信息的非監(jiān)督式特征選擇方法原理 133

5.3.3 工程應用 135

5.4 不均衡數(shù)據(jù)的SMOTE上采樣算法 142

5.4.1 SMOTE算法 142

5.4.2 SMOTE算法中采樣率的實驗分析 144

5.4.3 壓縮機氣閥少數(shù)類樣本的采樣率分析 148

5.5 基于樣本不均衡度的加權(quán)C-SVM分類算法 156

5.5.1 加權(quán)C-SVM分類算法簡介 156

5.5.2 加權(quán)C-SVM算法性能分析 157

5.6 基于PSO和GA算法的加權(quán)C-SVM分類模型 159

5.6.1 粒子群優(yōu)化算法 160

5.6.2 基于PSOA的加權(quán)C-SVM分類器 162

5.6.3 遺傳算法 166

5.6.4 基于PSOA和GA的加權(quán)C-SVM分類模型應用 168

參考文獻 171

第6章 變工況下壓縮機故障的遷移診斷 173

6.1 變工況下壓縮機診斷的難題 173

6.2 遷移學習與領(lǐng)域自適應學習 174

6.3 符號近似聚合和關(guān)聯(lián)規(guī)則相結(jié)合的變工況下故障特征挖掘方法 177

6.3.1 關(guān)聯(lián)規(guī)則及其在信號特征挖掘中的應用 177

6.3.2 適用于信號特征挖掘的Apriori算法 178

6.3.3 基于等概率關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法 179

6.3.4 特征挖掘案例分析 183

6.4 基于領(lǐng)域自適應的變工況齒輪箱遷移診斷 188

6.4.1 邊緣降噪編碼器 189

6.4.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 190

6.4.3 AMDA特征學習模型 191

6.4.4 實驗分析 193

6.5 遷移診斷模型穩(wěn)定性和適應性定量分析 199

6.5.1 目標工況正常樣本不同比例輔助數(shù)據(jù)性能分析 200

6.5.2 目標工況三類狀態(tài)數(shù)據(jù)樣本輔助數(shù)據(jù)性能分析 204

6.5.3 遷移率定義和計算 208

參考文獻 210

第7章 壓縮機故障的振動與紅外融合診斷 212

7.1 振動與紅外融合的目的與意義 212

7.2 紅外圖像用于故障診斷的機理 212

7.2.1 紅外成像原理 212

7.2.2 紅外圖像特點 213

7.2.3 紅外圖像特征提取 214

7.2.4 實例分析 217

7.3 紅外圖像故障信息的非下采樣輪廓變換增強方法 223

7.3.1 非下采樣輪廓變換方法 223

7.3.2 基于NSCT的紅外圖像增強方法 228

7.3.3 基于粒子群優(yōu)化的增強參數(shù)確定方法 230

7.3.4 實例分析 232

7.4 圖像分割與故障敏感區(qū)域選擇 235

7.4.1 基于網(wǎng)格劃分的圖像分割方法 235

7.4.2 基于離散度分析的敏感區(qū)域選取 238

7.4.3 實例分析 239

7.5 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓縮機振動與紅外融合診斷方法 243

7.5.1 基于相關(guān)分析的異類信息融合 244

7.5.2 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 247

7.5.3 基于相關(guān)分析與卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的故障診斷 251

7.5.4 基于紅外圖像與振動信號融合的故障診斷實例分析 252

參考文獻 256

第8章 壓縮機診斷標準的自適應建立方法 258

8.1 壓縮機診斷標準的適應性問題 258

8.2 壓縮機組故障模式庫的建立 259

8.2.1 壓縮機組故障模式庫的內(nèi)容 259

8.2.2 故障模式庫制定依據(jù) 259

8.2.3 壓縮機組故障模式庫的建立 261

8.3 壓縮機個性化標準庫的建立方法 261

8.3.1 個性化標準庫的建立步驟 261

8.3.2 離心壓縮機個性化標準庫的建立 262

8.4 壓縮機診斷標準庫的動態(tài)更新方法 266

8.5 變速壓縮機振動閾值報警模型 267

8.5.1 RVM基本理論 267

8.5.2 基于RVM的閾值模型構(gòu)建 268

8.6 變工況壓縮機診斷標準建立與驗證 269

8.6.1 丙烷壓縮機工作原理和現(xiàn)狀統(tǒng)計 269

8.6.2 變工況丙烷壓縮機組振動標準建立 272

8.6.3 實例分析與驗證 275

8.7 壓縮機狀態(tài)的區(qū)間特征根-模糊評估方法 278

8.7.1 往復壓縮機狀態(tài)評估指標體系的建立 279

8.7.2 區(qū)間數(shù)模糊分析評估模型 279

8.7.3 往復壓縮機狀態(tài)評估實例分析 283

參考文獻 287

第9章 壓縮機狀態(tài)退化預測和故障預后方法 289

9.1 壓縮機狀態(tài)預測的現(xiàn)狀與不足 289

9.1.1 壓縮機狀態(tài)預測技術(shù)研究現(xiàn)狀 289

9.1.2 壓縮機狀態(tài)預測技術(shù)的不足 290

9.2 壓縮機軸承性能退化的累積變換預測方法 291

9.2.1 累積損傷理論與累積變換算法 291

9.2.2 軸承性能退化的累積變換預測方法 294

9.2.3 軸承性能退化預測實例 296

9.3 大數(shù)據(jù)環(huán)境下壓縮機故障的高斯-深度玻爾茲曼機預測模型 306

9.3.1 高斯-深度玻爾茲曼機模型的預測原理 306

9.3.2 大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)清洗規(guī)則 307

9.3.3 高斯-深度玻爾茲曼機的預測模型構(gòu)建 307

9.3.4 高斯-深度玻爾茲曼機預測模型應用 312

9.4 融合特征趨勢進化的壓縮機故障預后方法 323

9.4.1 故障預后融合特征指標的提取 324

9.4.2 壓縮機漸變性故障的預后方法 324

參考文獻 329

第10章 壓縮機關(guān)鍵部件故障的仿真診斷技術(shù) 331

10.1 壓縮機仿真診斷的目的與意義 331

10.2 關(guān)鍵部件載荷-強度干涉模型定量可靠性分析與優(yōu)化 331

10.2.1 載荷-強度干涉模型定量可靠性理論 331

10.2.2 可靠性定量分析與優(yōu)化理論研究 334

10.2.3 基于有限元-蒙特卡洛模擬法的可靠性分析與優(yōu)化理論 336

10.3 壓縮機關(guān)鍵部件的潛在失效模式及后果分析評價方法 337

10.3.1 壓縮機的可靠性、平均無故障時間、失效率指標分析方法 337

10.3.2 壓縮機潛在失效模式及后果分析可靠性評價模型的建立 339

10.3.3 壓縮機關(guān)鍵部件的潛在失效模式及后果分析可靠性分析方法研究 340

10.4 壓縮機關(guān)鍵部件故障的仿真診斷實例分析 343

10.4.1 固有特性分析在壓縮機關(guān)鍵部件故障診斷中的應用 343

10.4.2 靜力強度分析在壓縮機關(guān)鍵部件故障診斷中的應用 348

10.4.3 基于固有特性分析的壓縮機機組振動異常診斷 354

10.4.4 基于瞬態(tài)動力學分析的壓縮機機組振動異常診斷 361

參考文獻 367

第11章 壓縮機智能診斷 369

11.1 智能診斷概述 369

11.2 壓縮機故障的深度學習智能診斷方法 369

11.2.1 深度學習思想 369

11.2.2 深度學習基本模型 370

11.2.3 基于深度學習的故障診斷案例 372

11.3 旋轉(zhuǎn)葉片故障的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方法 378

11.3.1 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 379

11.3.2 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速旋轉(zhuǎn)葉片診斷方法 381

11.3.3 實驗驗證 385

11.4 變工況壓縮機的遷移學習診斷方法 388

11.4.1 遷移學習 388

11.4.2 壓縮機故障的遷移診斷模型 389

11.4.3 實例分析 391

11.5 不均衡數(shù)據(jù)集下故障的BT-SVDD分類方法 393

11.5.1 BT-SVDD的提出 393

11.5.2 SVDD概述 393

11.5.3 基于類間分離性測度的BT-SVDD多故障識別模型構(gòu)建 397

11.5.4 工程應用 401

11.6 壓縮機故障診斷專家系統(tǒng) 404

11.6.1 專家系統(tǒng)的基本組成 404

11.6.2 故障診斷專家系統(tǒng)的特點 404

11.6.3 壓縮機故障診斷專家系統(tǒng) 405

11.7 智能診斷方法展望 409

11.7.1 智能診斷研究現(xiàn)狀 409

11.7.2 智能診斷研究不足 409

11.7.3 智能診斷發(fā)展方向 410

11.7.4 壓縮機智能診斷方法展望 413

參考文獻 414

第12章 壓縮機故障診斷典型案例 417

12.1 往復壓縮機氣閥故障診斷案例 417

12.1.1 氣閥彈簧故障診斷 417

12.1.2 氣閥閥片磨損故障診斷 420

12.2 往復壓縮機活塞-缸套磨損診斷案例 422

12.3 往復壓縮機十字頭故障診斷案例 426

12.4 往復壓縮機曲軸故障診斷案例 429

12.5 往復壓縮機-管線耦合故障診斷 431

12.5.1 波動熵熵帶標準建立 431

12.5.2 基于波動熵模型的耦合故障診斷案例 434

12.6 振動-紅外融合診斷案例 436

12.6.1 多模態(tài)CNN振動-紅外信息融合模型 436

12.6.2 多模態(tài)CNN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計 436

12.6.3 基于多模態(tài)CNN的轉(zhuǎn)子平臺信息融合故障診斷 439

12.7 振動-熱力參數(shù)融合診斷案例 441

12.7.1 振動-熱力參數(shù)融合診斷的原理 441

12.7.2 應用實例 441

12.8 振動-油液融合診斷案例 445

12.8.1 振動與油液融合的層次 445

12.8.2 振動與油液信息融合的原理 446

12.8.3 振動與油液信息融合的公式 446

12.8.4 應用實例 447

參考文獻 450

彩圖 2100433B

本書基于作者團隊在壓縮機故障診斷方面積累的近20余年研究成果與最新研究進展編寫而成。內(nèi)容包括離心壓縮機葉片的葉尖定時監(jiān)測診斷、往復壓縮機早期故障的提升小波診斷、壓縮機耦合故障的信息熵融合診斷、數(shù)據(jù)集不均衡下的壓縮機故障診斷、變工況下壓縮機故障的遷移診斷、壓縮機故障的振動與紅外融合診斷、壓縮機診斷標準的自適應建立、壓縮機狀態(tài)退化預測和故障預后、壓縮機關(guān)鍵部件故障的仿真診斷、壓縮機智能診斷，以及監(jiān)測診斷技術(shù)在壓縮機上的典型應用。

本書采用理論方法和實際應用案例結(jié)合的方式，系統(tǒng)介紹了往復式壓縮機故障監(jiān)測診斷領(lǐng)域中的新方法、新技術(shù)及其應用成果，包括小波包算法、能量算子方法、活塞桿軸心軌跡與軸心振動能量方法、仿真動態(tài)壓力方法等，為往復式壓縮機典型故障監(jiān)測診斷提供了新思路和新途徑。

內(nèi)容介紹

本書涵蓋了故障診斷的數(shù)學方法、電力設(shè)備的故障診斷、電力系統(tǒng)的故障診斷以及黑啟動方面的內(nèi)容。系統(tǒng)介紹了電力系統(tǒng)故障診斷與故障恢復研究的進展，就基于小波變換、遺傳算法、粗糙集理論等方法的電力系統(tǒng)故障診斷和故障恢復問題進行了比較系統(tǒng)的闡述，其中包括了作者自己的研究成果。全書分為六章。其中，第1章為緒論；第2章介紹了一些電力系統(tǒng)故障診斷問題的數(shù)學手段和方法；第3、4章對電網(wǎng)及電力設(shè)備的一些典型故障診斷問題做了系統(tǒng)的闡述；第5、6章對電網(wǎng)的故障恢復及黑啟動問題做了一定深度的探討和研究。

本書可供省市級電網(wǎng)調(diào)度工作者及科研院所工程技術(shù)人員工作中學習參考，也可供電氣工程類高等院校本科生、教師及研究生學習參考。2100433B

《現(xiàn)代設(shè)備管理、故障診斷及維修技術(shù)》：高職高?！笆晃濉币?guī)劃教材·機械電子類系列