基于小波包分析的往复式压缩机气阀故障诊断

【前言】基于小波包分析的往复式压缩机气阀故障诊断由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。往复式压缩机工作时， 振动源较多，气阀在重复性冲击载荷和压缩气体的作用下其故障表现为复杂的瞬态的非平稳随机信号。传统设备状态监测技术和故障诊断的方法通常采用的是在线间接诊断方法，即通过二次诊断信息如温度、压力等来间接判断其中关键零部件的状态变化。由...

[摘 要]本文针对往复式压缩机故障振动信号的特点，运用小波包分解提取出信号特征向量。结果表明，小波包能量分析够对几种不同类型的气阀故障做出较为准确的诊断。

[关键词]往复式压缩机 小波包分析 故障诊断 气阀

中图分类号：TH457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）42-0176-01

1 引言

往复式压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械，是加氢裂化装置长周期运行的关键设备。由于结构复杂，导致其故障的原因很多。据统计，往复式压缩机有60%[15]以上的故障发生在气阀上，如能及时发现气阀故障对往复式压缩机故障的诊断相当重要。

往复式压缩机工作时， 振动源较多，气阀在重复性冲击载荷和压缩气体的作用下其故障表现为复杂的瞬态的非平稳随机信号。传统设备状态监测技术和故障诊断的方法通常采用的是在线间接诊断方法，即通过二次诊断信息如温度、压力等来间接判断其中关键零部件的状态变化。由于其方法单一多以经验为主，准确率低，没有统一的判断标准；对监测信号缺乏局部分析能力，因此无法准确判断故障的特征类型。本文运用小波包分析对往复式压缩机气阀常见的几种故障信号进行进行分析，较为准确的判断出气阀故障类型。

2 压缩机气阀故障

压缩机气阀是机组的重要部件，同时也是易损件，其组成一般由以下几个部分：阀片、弹簧、升程限制器等。由于受到操作条件和操作介质的影响，导致气阀易出现弹簧断裂、阀片损伤、阀座密封损坏等故障[16]。据不完全统计，由于气阀故障造成压缩机组非计划性停车的比例高达35%。

3 小波包分析

小波包分析是一种先进的时频分析手段，它不仅继承了小波分析所具有的良好时频局部特性，克服了传统信号处理方法的局限性，而且它还将频带进行多层次划分，即对多分辨分析没有细分的高频部分进一步分解，提高了时频分辨率，并能够根据被分析的信号特征自适应地选择相应频带，使故障信号能在更加细化的频带内进行特征提取。

3.1 信号的小波包分解与重构

定义如下：设和为正交的滤波器，对信号二进小波包分解重构运算：

，

小波包重构算法：

其中为尺度参数，是平移参数，而是频率参数。

图1为运用小波包对信号S进行三层分解：

图中A1（1，0）节点代表小波包分解的第一层低频系数，D1节点代表小波包分解第一层的高频系数，依次类推每个节点都代表一定信号的特征。

3.2 小波包能谱特征提取

当设备出现故障时，经小波包分解后的振动信号各个频带内的能量会出现对应的变化，因此以各个频带信号的能量为元素构造特征向量T，可有效的提取出对应的故障信号。

式中为对应的能量，表示对应重构信号离散点对应的幅值，为对应的采样点数。

由于采集的故障信号对应的的能量值变化较大，为了便于分析将特征向量进行归一化处理。

令

得

建立能量特征变化到故障的映射关系，将正常信号与故障信号在不同频段重构能量比较，分析能量分布情况，进而诊断出可能发生故障的类型。

4 数据分析与诊断

将试验采集到阀片信号用db20小波进行3层分解，得到8个频带，并对第三层分解信号重构，提取信号在各个频段上的能量。

参考文献

[1] 袁晓宇.往复式压缩机组智能故障诊断专家系统[D]：[硕士学位论文].郑州：郑州大学，2001.

[2] 刘卫华.往复压缩机热力参数故障诊断法研究[D]：[博士学位论文].西安：西安交通大学，2000.

[3] 赵铁.往复式压缩机气阀故障诊断的实验研究[D]：[硕士论文].西安：西北工业大学，2003.168～170.