[發明專利]一種基于電流的通風機失速和喘振監測及診斷方法

有效

• 申請號: 201410079068.3
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN103821750A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 付勝;徐斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 紀佳

技術領域

本發明涉及一種基于電流的通風機失速和喘振監測及診斷方法，通過監測和分析通風機的電流信號來診斷和識別通風機的失速、喘振，特別是用于通風機失速和喘振的監測及診斷，屬于通風機狀態監測領域。

背景技術

通風機在能源、冶金、機械、化工、醫藥等行業的應用十分廣泛，是安全生產的基本保證。通風機狀態的惡化，特別是發生失速與喘振，將會造成嚴重的損失，輕者風機葉片斷裂，嚴重者會造成通風機基座等附屬設備的損壞及有毒有害氣體的集聚，造成人員的傷亡。為了保證安全生產，避免發生失速和喘振，對通風機進行監測和診斷十分必要。

由于通風機的結構復雜、故障類型多、狀態信號的組成成分多、背景噪聲強等問題，為了準確及時可靠地監測及診斷出通風機的失速和喘振，需要選擇合適的狀態信號作為診斷依據和合適的監測及診斷方法。通風機發生失速或喘振時，會出現通風流量、壓力、電機的電壓和電流的大幅度波動，通風機劇烈振動，同時伴有強烈的噪聲。通風機發生失速和喘振時，通風的流量和壓力大幅波動并出現氣流脈沖，由于流量和壓力傳感器的響應特性，測量結果誤差大，可靠性低；通風機的振動加劇，但同時背景噪聲更加強烈，背景噪聲淹沒了振動信號中的特征信息；電機的電壓和電流隨著失速和喘振的周期做對應的波動，不受外界環境的干擾。目前的失速和喘振的監測方法不能在失速和喘振發生前診斷出失速和喘振，失速和喘振的發生就會對設備和人員造成傷害，所以傳統的失速和喘振的監測方法并不能避免失速和喘振帶來的危害。失速和喘振發現的越及時，對設備和人員的傷害就越小，因此需要在失速和喘振發生前監測和診斷出通風狀態的異常，以指導工作人員采取相應的措施，避免悲劇的發生。因此研發出一種準確、可靠、及時的失速和喘振的監測及診斷方法具有重要的經濟價值和社會價值。

發明內容

本發明的目的在于：目前通風機失速和喘振的監測和診斷方法不能在失速和喘振發生前監測及診斷出通風狀態異常的不足，研發出一種基于電流的通風機失速和喘振監測及診斷方法，該方法適用于通風機失速和喘振監測及診斷。通風機的電流信號方便獲取且不受背景噪聲的干擾，失速或喘振發生時，電流的波動周期與失速或喘振的周期相同。通風機機械故障、電網的波動，也會在電流上有體現，但與失速或喘振的電流波動周期和幅值均不同。在通風機電機的電源輸入電纜上安裝電流互感器，采集電機的電流，將采集到的電流傳輸到微處理器，通過對電流信號的運算分析，提取電流信號的特征。同時利用支持向量機模型對電流信號的特征進行分類和識別，診斷和識別通風機是否具有失速或喘振的趨勢。一旦診斷出通風機的失速和喘振的趨勢，立即報警，指導工作人員采取相應的措施，有效避免失速和喘振的發生。

一種基于電流的通風機失速和喘振監測及診斷方法，其基于的硬件平臺包括電流互感器、信號采集卡、微處理器、監測及診斷結果顯示裝置、通風機狀態報警裝置；包括以下步驟：

S1：將電流互感器安裝在通風機電機的任一輸入電源的電纜上，通風機運行平穩后，信號采集卡開始采集電流信號，采樣頻率為f，其中100Hz≤f≤12kHz,信號采集卡將采集到的電流信號傳輸到微處理器中；

S2：對S1中采集的電流信號進行截取，得到電流信號x(k)，k為電流信號的序號，1≤k≤N，信號每段長度為N，其中200≤N≤10240；

S3:設置信號間的間隔向量h，h的值為1≤h<N；

S4:求取每一個間隔向量h的改進的變差函數值γ(k,h)，計算公式為其中N為S2中信號每段長度，h為S3中的間隔向量，當|x(k)-x(k+h)|≥1時，H(k)=[x(k)-x(k+h)]²，當|x(k)-x(k+h)|<1時，x(k)為S2中電流信號，并利用直角坐標系表示出這些改進的變差函數值，橫坐標為間隔向量，縱坐標為改進的變差函數值γ(k,h)；

S5:擬合S4中獲得的γ(k,h)，得到的曲線為改進的變差函數曲線；

S6:取S5中改進的變差函數曲線h趨于0時的值為塊金點C；

S7：以塊金點C作為支持向量機模型的特征向量，支持向量機模型的輸出為y_i,i為0,1,2,3，y_i為0,1,2,3，分別對應通風機正常狀態、失速狀態、喘振狀態和其他狀態；