[發明專利]基于噪聲和振動的動力機械設備故障和能耗分析方法

在審

• 申請號: 202010935729.3
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112098128A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 劉俊杰;劉新宇
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種基于噪聲和振動的動力機械設備故障和能耗分析方法，該方法包括：在動力機械設備運行的過程中利用噪聲和振動傳感器進行信號采集；利用包括解耦分析，特征識別和頻譜分析的數據分析方法對采集到的設備的噪聲和振動信號進行特征分析；將分析所得的噪聲、振動特性與設備的物理特征和運行狀態相結合，然后利用設備的噪聲和振動信號反映其運行狀態，包括設備不同負荷下的狀態變化和不同的故障狀態的特征變化，最終利用噪聲和振動信號監測動力機械設備的故障和能耗狀態。該方法可以解決現有接入式監測設備對系統的干擾，實現非接觸式監測，有效提升設備運行的穩定性和狀態監測的準確性。

技術領域

本發明涉及動力機械設備的噪聲和振動信號的應用，更具體的說是利用噪聲和振動信號進行動力機械設備的故障診斷和能耗分析

背景技術

目前各行業所使用的動力機械設備都具有高速化、精密化、系統化和自動化的特點，其結果是系統的規模越來越大，效率也越來越高，各個部分的聯系越來越密切。因此，如果設備長期偏離最佳工況運行，或者發生故障而造成停運，其經濟損失將會很大。而目前的常見的設備狀態監測手段主要還是以接入式的數據監測設備為主，類似壓力計、流量計狀態監測設備，這類設備都存在著需要的數據監測設量大，前期投入高的問題。并且，這些監測方式還存在著精度不足得到問題，是設備產期與非最佳運行狀態下，增加能耗。此外，關于設備的健康狀態檢測目前還是以定期檢修為主，沒有一種長期的設備狀態監測手段，可以做到故障預警，減少維修投資和設備故障停運所帶來的經濟損失。所以，為確保各種設備在最佳狀態下正常運行，提高其可靠性和有效性，降低能源消耗，必須加強設備運行管理，運用狀態監測技術對運行工況進行實時檢測，并對機械設備故障進行早期預測和及時診斷。

設備運行所產生的噪聲、振動信號蘊含著豐富的信息，國內外專家學者已經對設備運行產生的噪聲和振動進行了很多的研究。但是，目前利用噪聲、振動信號進行設備狀態識別與監測主要應用都集中在對單一設備的監測，包括電機、軸承、葉輪、齒輪設備，較少有對整個系統的多臺設備同時進行噪聲、振動信號監測，用解耦的方法來進行設備狀態監測與識別的方法。在對噪聲、振動信號與設備運行參數相結合方面包括利用振動噪聲進行設備能耗分析的研究也還不足。

發明內容

針對上述現有技術，本發明提出一種基于噪聲和振動的動力機械設備故障和能耗分析方法。該方法應用范圍廣，對設備的調節和維護更加準確，對設備的噪聲、振動信號可進行大數據分析，實現故障診斷和預測、提高了設備運行效率；便于設備長期運行策略的調整。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于噪聲和振動的動力機械設備故障和能耗分析方法，包括：在動力機械設備運行的過程中利用噪聲和振動傳感器進行信號采集；對采集到的復合信號進行特征分析；根據噪聲、振動信號的特征分析結果識別設備狀態，依據噪聲、振動信號的特征分析結果對動力機械設備進行故障診斷和能耗分析。

進一步講，本發明所述的基于噪聲和振動的動力機械設備故障和能耗分析方法，其中，在動力機械設備運行的過程中利用非接入式的噪聲、振動傳感器進行多設備運行信息采集；對于噪聲信號，在數據監測范圍內利用單一測點單一數據采集通道同時采集多臺設備的信息，即采集的數據為復合信號。

進行信號采集時，利用噪聲、振動信號耦合的特點，進行整體采集，采集的數據包含了同時運行的在數據采集有效范圍內的所有設備的信息。

對采集到的復合信號進行特征分析，包括：建立原始數據庫和設備運行狀態噪聲、振動特征數據庫；保存采集到的所有的噪聲、振動信號的原始數據，利用計算機查看實時噪聲、振動信號，然后，對噪聲、振動信號的原始數據進行解耦分析和頻譜分析，從而提取到反映設備狀態的特征信息。