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基于混沌与分形理论的炉管泄漏检测与诊断系统的研究

王强  
【摘要】: 锅炉炉管泄漏事故已成为影响我国设备安全稳定运行的主要问题。本文在充分研究了国内外现状的前提下,对锅炉炉管泄漏检测与诊断技术进行了深入的理论与实验研究,开发了锅炉炉管泄漏检测与诊断系统,研究的主要内容包括以下几个方面。 对炉内背景噪声的时、频域特性进行了理论分析与实验研究,确定了炉内背景噪声的上限频率,这对炉管泄漏的诊断和防止误报警具有重要意义。 给出了搜索半径r对分维数D影响的计算公式,这给实际计算时r的取法提供了理论依据。分别采用最大Lyapunov指数分布与计盒维数的计算,对炉管泄漏进行了诊断,并得到了一致的结论。 根据混沌理论与空气动力学的有关理论,确定了炉管泄漏声信号中存在着混沌,在讨论如Lyapunov指数的算法的基础上,针对锅炉炉管泄漏检测与诊断的特点,明确了Lyapunov指数的实际物理含义(炉管泄漏点处状态的变化)。 提出了“频域拓展”的概念,并对这一方法的正确性进行了验证。将混沌与分形理论引入锅炉炉管泄漏检测与诊断中,完成了炉管泄漏声信号的信、噪分离,解决了目前炉管泄漏检测系统所存在的一些问题。 “频域拓展”的方法使混沌与分形理论的应用更加直接,并适用于一般的时频域分析。舍弃了传统相空间重构的过程中的线性预测模式,采用“频域拓展”的方法,对炉管泄漏声信号进行了还原计算,并通过实验进行了验证。确定了炉管泄漏预报的一维Lyapunov指数模式。 对各种型号锅炉的炉管泄漏检测与诊断进行深入的实验研究。主要实验内容为:泄漏噪声声强级与泄漏蒸汽压力之间关系;泄漏噪声声强级与锅炉容量的关系;泄漏噪声声强级与泄漏孔径的关系;波导管对泄漏噪声测量的影响;炉内背景噪声的声强级和频域分布特点。 在分析、总结第一、二代炉管泄漏监测系统的硬件及线性诊断方法的基础之上,进行了炉管泄漏检测与诊断系统的优化设计,采用混沌与分形理论对锅炉炉管泄漏检测与诊断进行了理论与实验的研究;完成了炉管泄漏检测与诊断系统的设计与开发,该系统已成功地应用于实际,并取得了很好的效果。


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