旋转机械故障诊断方法与局限性分析

内某 钢铁 企 业高 线初 轧机 因一 齿轮 箱 主输 出轴轴 承破 碎 ， 造成 设 备 紧急停机 ６ ８ 小时， 直 接经济 损失 １ ５ ０ ０ 万 元 以上 。 ２ ０ ０ １ 年阜新 电厂 ２ 号机 组 断轴事 故 的发生 ， 给 电厂带 巨大 的经 济损 失 １ ９ ８ ８ 年 我 国秦 岭 电厂 Ｚ ｏ ｔ ） ｌ Ｖ ［ Ｗ 汽轮 发 电机组 振 动 引起 的断轴 毁机 事件 。灾 难 性
关键词 ： 旋 转机械 ； 故障 分析 ； 诊断； 局 限性
中图分 类 号： Ｔ Ｈ１ ６ ５ １引 言
文献 标 识码 ： Ｂ
文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ８ ６ ３ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ３ ８ — ０ １
断领 域 中得到 广泛应 用 。基于 ］ ３ ａ ｙ ｅ ｓ 分类 器的 统计模 式识 别法 是旋
有较 大的局 限性 ， 如知 识集 不完 备 ， 过 于依赖 领域 专家等 。而后者 则 要求 诊断 对象 的 每一 个环节 具有 明确 的输 入 输 出表达 关 系 ， 诊 断 时 首先 通过 诊 断对 象 的实际 输 出与期 望输 出之 间 的不一 致 ． 生成 引起
这种 不一致 的原 因集 ， 然后 根据诊 断对 象领 域 中的第 一定 律知识 ｆ 具 有 明确科 学依 据 知识 ） 及 其 内部 特 定 的约 束关 系 ， 采用 一定 的算法 ，
障诊 断 的必 要性
２现行 故障识 别 采用 的方 法较 多 ， 按 照它们 隶
属 的学科体 系 ， 大体 町分 为 ＝ ｉ 类： 基 于控制模 型故 障诊断 、 基于模 式识 别故 障诊断 及基于人１ 二 智能故 障诊 断 。它们 具体 的诊 断方式如下 ： ２ ． 】 基 于控 制模 型的 故障诊 断。对 于一 个旋转 机械 系统 ． 若 通 过 理论 或 实验 方法 能够 建立 其模 型 ， 则 系统参 数或 状态 的变 化 可 以直 接 反 映 陔系统及 其 动态 过程 ， 从 而为故 障诊 断提 供依 据 。基 于控 制 模 型 的故 障诊 断方 法 主要 涉 及到 模型 建立 、 参数 与状 态估 计 和 观测 器应用 等技 术 其 【 ｆ １ ， 参数 与状 态估计 技术 是该方 法 的关键 ” 参数 估 计 的 参数 包含 两 类 ： 第一 ， 系统 参 数 ， 即 描述 系统 动 态 特性 的参数 。 基于 系统参 数估 计 的故 障诊 断方 法与 状态 估计 方法 相 比较 ， 前 者更 有利 于故 障 的分 离 ， 但 是它 也 存 存不 足 之处 ： 求 解 物 理元 件 参数 很 困难 ：系统 故 障引起 系统 模 型结 构和参 数 变化 的形式 是 不确 定 的 ， 目前还 缺少 有效 的方法 。第 二 ， 故 障参数 ． 即用 于描 述系统 出现 的故 障时 信号 自身 特性 的参 数 。其基 本思 想是 ： 对故 障 系统 构造 适 当形 式 的包 含有 可 凋参 数 的 状态 观 测器 ， 并使 其 处 于零 状 态 ” 当系 统发 生故 障时 ． 用观 测器 中的 可调 部分 来 补偿 故障 对系 统状 态 和输 出 的 影响 ．使 得 观测 器 存 系统 处 于故 障 状态 下 仍然 保 持 零状 态 观测 误 差． 此 时 观测 器 中可调 部分 的输 出 即为故 障参 数 的估计 结 果 。使用 该方 法 的优点 是 可对 故障信 号进 行 在线建 模 ， 但是 当系统 出现 强非
应 用 主要 集 中在 个 方面 ： 一 是从模 式 识别 角度 应用 神 经 网络作 为 分类 器进 行故 障诊断 ； 二 是从 预测 角度 应用 神经 网络 作 为动 态预 测 模 型进行 故 障诊 断 ； 三是从 知 识处 理角 度建 立基 于神 经 网络 的诊 断
事件 的不断 发生 ， 使 人们 认识 到对 大型机 械 装备 实施 在线 监测 与 故
转机 械故 障诊 断 中一 种 经典方 法 。
２ ． ３ 基 于人 工智 能的 故障诊 断 基于 人工智 能故 障诊 断 的研 究 主
要 分 为两类 ： 基 于知 识（ 符号 推理 ） 的故 障诊 断 和基 于 神经 网络 （ 数值 计算 ） 的故 障诊 断 。 首先 ， 基 于知识 的故 障诊断 大致 包含两 种情 况 ： 基 于浅知识 的 专家 系统 和 基于深 知识 的专 家系 统。前 者是 以领域 专家 和操作 者 的经 验知识 为核 心 ， 通过 演 绎推 理来 获取 诊 断结 果 。其特
可能 性 和方 式也 存 相 应增 加 ， 且 故 障一 旦发 生 ， 就 可 能 引起 连 锁 反
应， 导 致设 备甚 至 整个 生 产 过程 不 能正 常 运行 乃 至破 坏 ． 轻 则 造 成
巨大的经 济损 失 ， 重 则导致 灾难 性 的人 员伤 亡和社 会影 响 。近年来 ， 国内外 冈设 备故 障而 引起 的灾难 性事 故 仍 时有 发生 ， 如 ２ ０ ０ ３年 ， 同
旋转 机 械如 ： 汽轮 机 、 发 电机 、 离 心压 缩机 、 风机等， 是 工 业部 门
中应 用最 为 广泛 的一 类 机械 设 备 ， 在 电力 、 能源 、 交通 、 国防 及石 油 化 工等领域 发 挥着无 可 替代 的作 用 。随着科 学 技术 的发 展 ， 旋转 机 械 正在 向 大型化 、 综 合化 （ 存 同一 台设 备 中多种 技术 的应 用） 、 连续 化
点是 利用 领域 专家的知 识 和经验 为 故障诊 断 服务 ， 但 是这 种方 法具
ｆ 从 投料 到 产 品 整个 过程 的连续 化 ） 、 自动 化 （ 操作 、 检 测 等 的 非人 工 化１ 、 严格 化 （ 如技 术指 标严 格 化） 的方 向发 展 ， 造 成设 备构 造 复杂 ， 零 部件 之 间的联 系更 加 紧密 在设 备复 杂化 的 同时 ， 发 生 故 障的 潜在
找ｆ ｝ ｛ 可能 的故 障源 。它 比前者具 有更 大 的优 越性 ， 但其 搜索 空 间大 ， 推理 速度 慢 。其 次 ， 基 于神 经 网络 的故 障诊 断作 为一 种 自适应 的模 式识 别技 术 ， 人 工 神经 网络 以其 全 新 的信 息 表达 方 式 、 高 度并 行 分 布处 理 、 联想、 自学 习及 自组 织 等 能力 和 极强 的非线 性 映 射能 力 使 它渗 透到 科学技 术 的各个 领域 。人 工神经 网络在 机械 故 障诊断 中的
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西部 大开发 ・ 中旬
ＥＳＴ ＣＨ Ｉ ＮＡ Ｄ ＥＶＥ Ｌ ｏ Ｐ Ｍ ＥＮＴ
工 程 与 技 术
旋转机械 故障诊 断方法与局 限性 分析
徐 波
（ 东 鑫 垣 化 工 有 限 责任 公 司 ，陕 西 榆 林 ７ １ ９ ０ ０ ０ ） 摘 要： 介绍 了旋 转机械 的 常用故 障诊 断与分析 方 法 ， 在 对其诊 断过 程详 细 阐述 的基 础上 ， 提 出 了各种 诊 断分析 方 法存 在 的局 限性