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基于HHT的往复压缩机故障诊断研究

赵海峰  
【摘要】:往复压缩机广泛应用于石油化工工业等领域,保证其安全稳定运行是设备维护工作的重点,因此开展往复压缩机故障诊断的研究工作有着重要的现实意义与经济价值。虽然近年来机械设备故障诊断技术的研究在国内外得到了较大发展,但是由于往复压缩机具有结构复杂、激励源众多等特点,使测试信号具有较强的非平稳性,而现有的信号分析方法在处理非平稳信号时存在时频分辨率低等缺陷,使得往复压缩机故障诊断技术至今仍未达到实用程度。而Hilbert-Huang变换(HHT)方法的出现,为非平稳信号的分析提供了新方法,也为往复压缩机故障诊断提供了新手段,但其存在的缺陷仍然难以满足实际应用。为了使HHT方法能够有效地应用于往复压缩机故障诊断,本文以2D12型往复压缩机为研究对象,结合HHT方法的优缺点,针对往复压缩机的故障诊断技术开展了一系列研究工作。 首先对往复压缩机的基本工作原理、主要部件的运动学及动力学进行分析,指出了往复压缩机测试信号的强非平稳性,提出了适于驱动机构及气阀振动的分析数据选取原则。 其次,通过HHT方法与小波(包)变换等传统信号处理方法对调幅、调频及调频调幅等仿真信号的大量对比分析,指出HHT方法更适于分析非平稳信号,可以用于往复压缩机的故障诊断。 接着,对HHT方法在仿真分析及往复压缩机实际测试信号分析中出现的端点效应、模态混叠、虚假模态及模态裂解缺陷,在分析了产生原因的基础上,提出了相应的解决方法,主要体现在:(1)根据实际测试数据点较多的特点,提出了在分析数据始末两端设置“污染隔离区”的方法;(2)根据往复压缩机测试信号中由于具有脉冲信息及频率成分接近导致模态混叠的现象,提出了分段三次Hermite插值多项式法替代传统的三次样条插值法构造极值包络线;(3)根据往复压缩机测试信号因高频噪声等因素的影响使固有模态函数出现模态裂解现象,提出了局部信号毛刺消除法;(4)根据经验模态分解算法产生的虚假模态现象及往复压缩机测试信号的非平稳性,提出了去除虚假模态的局部相关分析法。经仿真分析表明,以上四种方法均有效解决了HHT方法的缺陷,促进了其应用于往复压缩机的故障诊断。 最后,根据以上仿真分析成果,将HHT方法应用于往复压缩机驱动机构故障诊断,从时频分析角度有效诊断了连杆大头瓦间隙大、连杆小头瓦间隙大与十字头间隙大三种故障,验证了驱动机构故障诊断分析数据选取原则的正确性,降低了测点过多导致故障诊断的难度;根据最大熵谱分析适于短数据分析的优点及噪声对该方法的影响,结合HHT方法自适应去噪的优势,提出了基于HHT与最大熵谱分析的方法,较好地应用于往复压缩机气阀故障诊断中,结果表明随着气阀状态的不同,气阀的特征频率也具有明显的差别。


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