旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障預(yù)測(cè)方法綜述

摘 要：旋轉(zhuǎn)設(shè)備的作用是因旋轉(zhuǎn)來(lái)傳達(dá)的。特別是旋轉(zhuǎn)速度高的設(shè)備。現(xiàn)在我們就將煙氣輪設(shè)備作為一個(gè)例子，概括了檢測(cè)與維護(hù)的作用；接著將旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故預(yù)測(cè)的方式大概分為兩個(gè)類(lèi)型的，定性與定量分析方式，每個(gè)種類(lèi)都有解決方式的介紹與運(yùn)用情況；最終，分析了旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故檢測(cè)技術(shù)所存在的問(wèn)題與以后的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障預(yù)防；檢測(cè)技術(shù)

1 故障預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)與比較

1.1 預(yù)測(cè)維修的意義

煙氣輪機(jī)將催化裂化過(guò)程中產(chǎn)生的廢煙氣中所具有的壓力能和熱能經(jīng)煙氣輪機(jī)的膨脹做功化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)軸流式空氣壓縮機(jī)或給發(fā)電機(jī)提供動(dòng)能，達(dá)到能量回收的目的。一九六三年美國(guó)成功的研發(fā)出了當(dāng)時(shí)全球唯一一臺(tái)煙氣輪并成功運(yùn)行，中國(guó)是在一九七八年自主研發(fā)成功的。近三十年中，中國(guó)的煙氣輪生產(chǎn)總量一共節(jié)約了電量275×105千瓦時(shí)，一共達(dá)到一百三十八億元，有非常大的經(jīng)濟(jì)收益。但是，煙氣輪所在的環(huán)境是很差的，因輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷磨損，催化劑中不斷有灰塵落入，外殼變形與儀器表失控等都是導(dǎo)致事故出現(xiàn)的原因。

我國(guó)很多的煉油工廠(chǎng)的煙氣輪大多都出現(xiàn)了嚴(yán)重的事故安全。比如，中國(guó)石化就在一年之內(nèi)三十九個(gè)煙氣輪因事故停止運(yùn)行五十一次，一共的時(shí)間達(dá)到了九千零一十四小時(shí)，造成巨大的損失。另外，煙氣輪在經(jīng)過(guò)回收再次利用廢氣，從環(huán)保來(lái)說(shuō)，這是很重要的。所以，確保煙氣輪的正常運(yùn)行安全也是工業(yè)行業(yè)必須重視的方面之一。現(xiàn)在，一般企業(yè)的維修方式都是預(yù)防性的措施，也就是有周期性的進(jìn)行一次大維修，煙氣輪大概是一年左右就必須進(jìn)行一次大檢修。對(duì)煙氣輪進(jìn)行周期性的檢測(cè)與維護(hù)可以根據(jù)檢測(cè)的情況第一時(shí)間準(zhǔn)備好維修的設(shè)備，確定好維修的方案。這種熟練的判斷技術(shù)能夠精準(zhǔn)的找出事故的種類(lèi)與部位，防止了維修時(shí)無(wú)從下手的狀況，節(jié)約了維修的時(shí)間。降低了大事故出現(xiàn)的幾率，加快催化裂化設(shè)備的安全運(yùn)行效率，這樣就能夠有較好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 故障預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)

猜測(cè)維修的重點(diǎn)工藝是事故猜測(cè)，沒(méi)有可行的事故推測(cè)方式是對(duì)其維護(hù)方式的廣泛運(yùn)用的一個(gè)難點(diǎn)。事故推斷的方式一共有兩種，就是定性與定量?jī)煞N分析方式。現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障預(yù)測(cè)方法分類(lèi)如圖1所示。

基于數(shù)據(jù)的方法包括自回歸預(yù)測(cè)、灰色預(yù)測(cè)、多層遞階方法、混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)、隱馬爾科夫模型、機(jī)器學(xué)習(xí)（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)）和統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控方法等。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)理模型難以建立，同時(shí)專(zhuān)家知識(shí)也難以獲取，這些都不利于我們對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行故障預(yù)測(cè)。基于數(shù)據(jù)的方法完全從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)出發(fā)，挖掘數(shù)據(jù)中的隱含信息，具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。這類(lèi)方法適用范圍最廣、成本最小。因此，基于數(shù)據(jù)的方法最為實(shí)用，它已成為故障診斷與預(yù)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

基于知識(shí)的方法包括專(zhuān)家系統(tǒng)和模糊邏輯等。這類(lèi)方法的優(yōu)勢(shì)是能夠利用現(xiàn)有的專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而不需要已知非常精確的數(shù)學(xué)模型。因此，它在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是此類(lèi)方法的不足是知識(shí)獲取較困難。

2 難點(diǎn)問(wèn)題與展望

2.1 多變量預(yù)測(cè)問(wèn)題

針對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備來(lái)說(shuō)，震動(dòng)時(shí)能夠傳達(dá)出大量的設(shè)備在運(yùn)行階段的信息，并且其信號(hào)能夠感覺(jué)出來(lái)設(shè)備故障，因?yàn)槭鹿蕰?huì)使震動(dòng)增大，從來(lái)轉(zhuǎn)變其震動(dòng)的特點(diǎn)。這能夠說(shuō)明震動(dòng)時(shí)傳達(dá)的信息是對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的情況與事故發(fā)展情況的真實(shí)反映，如今可以使用單變量在震動(dòng)所傳達(dá)的信息推斷旋轉(zhuǎn)設(shè)備是否正常運(yùn)行。不過(guò)，就只使用這種方式來(lái)對(duì)事故進(jìn)行推斷是不夠的，比如煙氣輪，機(jī)器的煙氣進(jìn)口及出口產(chǎn)生的壓力與其溫度，聯(lián)軸器、震動(dòng)程度與軸位移等，都是判斷事故出現(xiàn)，是否正常運(yùn)行的重要信息。

常見(jiàn)的基于單變量振動(dòng)數(shù)據(jù)的狀態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)無(wú)法利用多維測(cè)量數(shù)據(jù)的有效信息，難以檢測(cè)性能退化初期微弱的故障征兆。為了解決幾個(gè)具有關(guān)聯(lián)性質(zhì)的因素互相協(xié)同的檢測(cè)問(wèn)題，在上世紀(jì)九十年代開(kāi)始就采用主元解析方法以及偏最小二乘方法開(kāi)展數(shù)據(jù)模型化，同時(shí)建議了相關(guān)的監(jiān)管掌控辦法。多因素檢測(cè)能夠把同一時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的多個(gè)具有相關(guān)性的變量都協(xié)調(diào)在一起進(jìn)行考慮。現(xiàn)在，探索多因素?cái)?shù)據(jù)帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故檢測(cè)技術(shù)擁有更加廣闊的前進(jìn)范圍。

2.2 非線(xiàn)性和非平穩(wěn)問(wèn)題

旋轉(zhuǎn)設(shè)備體系是一種繁雜的非線(xiàn)性的動(dòng)力體系。在得到設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的信息進(jìn)行正確反映時(shí)，這種平穩(wěn)性是很重要的，也是廣泛與絕對(duì)的。旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行的狀態(tài)特征信息具有非線(xiàn)性、非平穩(wěn)特性，導(dǎo)致其故障預(yù)測(cè)面臨著大量復(fù)雜的非線(xiàn)性、非平穩(wěn)動(dòng)態(tài)信號(hào)，需要用到非線(xiàn)性的數(shù)據(jù)模型，例如，核主元分析等。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型多假設(shè)測(cè)量變量的分布是多元高斯分布，這與實(shí)際數(shù)據(jù)不相符合，需要用非高斯的數(shù)據(jù)模型，例如，獨(dú)立主元分析。隨著故障檢測(cè)和預(yù)測(cè)要求的日益提高，原可忽略的非線(xiàn)性和非高斯問(wèn)題越來(lái)越突出。因此，研究基于非線(xiàn)性和非高斯數(shù)據(jù)模型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障預(yù)測(cè)方法具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化預(yù)測(cè)問(wèn)題

旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故推斷目前還有數(shù)據(jù)接受與算法驗(yàn)證上的眾多難題。事故推斷算法在開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證中都必須有很多的系統(tǒng)參數(shù)信息作為輔助。數(shù)據(jù)一般都是從以下三個(gè)方面獲取：第一，就是現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)包括了多種現(xiàn)場(chǎng)的狀況，與其環(huán)境的因素，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，不過(guò)需要構(gòu)造數(shù)據(jù)才能建立平臺(tái)。第二，就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的事故加入實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，這種數(shù)據(jù)能夠確保大部分的真實(shí)性，其缺點(diǎn)就是不能夠?qū)φ麄€(gè)事故過(guò)程進(jìn)行全面的發(fā)展描述。第三，就是模型反映的仿真數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)能夠根據(jù)算法與驗(yàn)證的要求再定制。不過(guò)這些數(shù)據(jù)不能夠確保真實(shí)，在建造完善的模型也是個(gè)難點(diǎn)，要想保障使用的事故推斷方式滿(mǎn)足所需要的要求，就必須進(jìn)行結(jié)果的驗(yàn)證。一般使用的都是仿真檢測(cè)都不能夠換取大眾信任的結(jié)果，并且進(jìn)一步采取的實(shí)驗(yàn)臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)。與最終結(jié)果也有一定的差距。比較高效的解決方式也就是組建在線(xiàn)的平臺(tái)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)交換。

3 結(jié)束語(yǔ)

這篇文章將煙氣輪作為例子，說(shuō)明了在工程中對(duì)設(shè)備的維護(hù)與事故推斷的重要作用，然后把旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故推斷的方式根據(jù)定性或者定量?jī)煞N分析方式，再根據(jù)以上信息將其歸類(lèi)與對(duì)比。最終得出的結(jié)論是：旋轉(zhuǎn)設(shè)備事故推斷有一些需要改進(jìn)的地方，也是難點(diǎn)，接下來(lái)也對(duì)其以后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。