[發(fā)明專利]一種機(jī)理數(shù)據(jù)融合的柴油機(jī)渦輪增壓器故障檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010578078.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113833567B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊瑩;何志晨;王嘉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): F02B77/08
• 分類號(hào): F02B77/08
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發(fā)明公布了一種機(jī)理數(shù)據(jù)融合的柴油機(jī)渦輪增壓器故障檢測(cè)方法，建立渦輪增壓器關(guān)鍵性能指標(biāo)，通過(guò)基于典型相關(guān)分析CCA或LQ分解的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)建模方法辨識(shí)模型，進(jìn)行船舶柴油機(jī)增壓器故障的在線檢測(cè)。本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施可靠、故障檢測(cè)率高、檢測(cè)實(shí)時(shí)、適用范圍較廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶柴油機(jī)渦輪增壓器檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)理數(shù)據(jù)融合的柴油機(jī)渦輪增壓器故障檢測(cè)方法，是一種基于渦輪增壓器工作機(jī)理的效率公式，基于典型相關(guān)分析(下面簡(jiǎn)稱“CCA”)和LQ分解(LQ Decomposition)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)建模的柴油機(jī)渦輪增壓器故障檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

柴油機(jī)是船舶等大型機(jī)械設(shè)備動(dòng)力系統(tǒng)的重要部分，也是事故發(fā)生率最高和故障代價(jià)最高的部件。渦輪增壓系統(tǒng)在提高柴油機(jī)功率密度、扭矩、促進(jìn)渦輪增壓燃料的充分燃燒和廢氣能量的回收利用等方面起著重作用。增壓器故障也是柴油機(jī)的常見(jiàn)故障。目前故障檢測(cè)方法主要有基于機(jī)理特性、基于模型和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法?；跈C(jī)理特性的故障檢測(cè)：通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)原理、機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)等原理布置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備或特定信號(hào)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)；基于模型的故障檢測(cè)：通過(guò)殘差產(chǎn)生器、評(píng)估函數(shù)、閾值和決策邏輯提高故障檢測(cè)性能；基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)故障檢測(cè)：通過(guò)大量的傳感器監(jiān)測(cè)對(duì)柴油機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)和動(dòng)態(tài)特性、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。上述現(xiàn)有的故障檢測(cè)技術(shù)存在以下不足：有的故障檢測(cè)技術(shù)需要渦輪增壓器充分先驗(yàn)知識(shí)，并且在復(fù)雜的工作狀態(tài)下其工作機(jī)理無(wú)法簡(jiǎn)單描述，精確的機(jī)理描述難度高；有的故障檢測(cè)技術(shù)所構(gòu)建的模型受擾動(dòng)不確定性等影響難以建立精確模型，基于此的閾值設(shè)計(jì)的太保守，故障檢測(cè)率不高且無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高效的故障檢測(cè)；有的故障檢測(cè)技術(shù)需要各種工況下充分的數(shù)據(jù)和標(biāo)簽，在柴油機(jī)復(fù)雜的工作環(huán)境下難度高，且數(shù)據(jù)維度不一定能匹配模型建立的需求，適用范圍小。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種機(jī)理數(shù)據(jù)融合的船舶柴油機(jī)渦輪增壓器故障檢測(cè)方法，利用機(jī)理選擇建立增壓器效率公式為其關(guān)鍵性能指標(biāo)(下面簡(jiǎn)稱“KPI”)，指示增壓器在不同工況下的效率，結(jié)合基于模型和基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障檢測(cè)方法，通過(guò)基于CCA或LQ分解的建模方法辨識(shí)KPI的預(yù)測(cè)模型和在線監(jiān)測(cè)，針對(duì)船舶柴油機(jī)增壓器實(shí)現(xiàn)可靠的、故障檢測(cè)率高、實(shí)時(shí)的和適用范圍較廣的在線故障診斷方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種機(jī)理數(shù)據(jù)融合的柴油機(jī)增壓器故障檢測(cè)方法，建立渦輪增壓器關(guān)鍵性能指標(biāo)，通過(guò)基于典型相關(guān)分析(CCA)或LQ分解(子空間辨識(shí))的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)建模方法辨識(shí)模型，進(jìn)行船舶柴油機(jī)增壓器故障的在線檢測(cè)；包括如下步驟：

1)建立渦輪增壓器關(guān)鍵性能指標(biāo)，關(guān)鍵性能指標(biāo)用于表征船用柴油機(jī)渦輪增壓器的運(yùn)行狀況；

渦輪增壓器的效率計(jì)算在其高速、高溫、壓強(qiáng)變化復(fù)雜的情況下是指示增壓器經(jīng)濟(jì)性能、健康工作的關(guān)鍵性能指標(biāo)。因其工況不同下能量損失不同，我們無(wú)法直接通過(guò)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算其工作效率，所以需要我們基于增壓器工作原理自行設(shè)計(jì)構(gòu)造其效率公式。而渦輪增壓器是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的慣性推動(dòng)增壓器的渦輪機(jī)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)以此帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪來(lái)提升氣缸進(jìn)氣和壓力，最終提升柴油機(jī)燃料燃燒效率、功率?；谠摲N工作原理內(nèi)的能量變化，我們?cè)O(shè)計(jì)了其效率公式(1)：

其中，T、P分別表示了渦輪增壓器所處工作狀態(tài)的溫度和壓強(qiáng)；下標(biāo)1、2、3、4分別表示了渦輪增壓器的壓氣機(jī)進(jìn)氣端、壓氣機(jī)排氣端、渦輪機(jī)進(jìn)氣端、渦輪機(jī)排氣端；R_g-t和R_g-c分別表示渦輪機(jī)和壓氣機(jī)的工質(zhì)氣體常數(shù)；f_t和f_c分別表示渦輪機(jī)和壓氣機(jī)的單位時(shí)間內(nèi)的工質(zhì)的質(zhì)量流量；α_t和α_c分別為渦輪機(jī)和壓氣機(jī)對(duì)應(yīng)工質(zhì)的恒壓比熱容和恒容比熱容的比值。