機(jī)械密封端面狀態(tài)監(jiān)測(cè)及壽命預(yù)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)械密封(Mechanical Seal，MS)是反應(yīng)釜、離心泵、壓縮機(jī)和渦輪機(jī)等機(jī)械裝置的組成部件，用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備防止泄露、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境等。如果把反應(yīng)釜、離心泵、壓縮機(jī)和渦輪機(jī)等看做一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的心臟，那么機(jī)械密封就相當(dāng)于這顆心臟的瓣膜。
　　機(jī)械密封狀態(tài)監(jiān)測(cè)(Mechanical Seal Condition Monitoring，MSCM)的目的在于掌握密封設(shè)備發(fā)生故障之前的異常信息與劣化征兆，以便工程人員事前采取針對(duì)性

2、措施防止故障的發(fā)生或降低其發(fā)生的可能性，從而減少因故障所導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間和因停機(jī)而造成的所有損失，最終降低企業(yè)維修費(fèi)用并提高設(shè)備的有效利用率。本文在深入探討國(guó)內(nèi)外機(jī)械密封狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)多傳感器監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)機(jī)械密封端面狀態(tài)進(jìn)行了進(jìn)一步的研究分析，其主要內(nèi)容如下:
　　(1)機(jī)械密封端面一方面要接觸緊密以防止流體泄露;而另一方面密封端面間隙又不能過(guò)小，以防止端面過(guò)度接觸而損傷密封端面。為了保障機(jī)械密封低摩擦和小泄露量的兼容

3、和平衡，首先須對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封端面開啟轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)。由于聲發(fā)射信號(hào)對(duì)機(jī)械密封端面接觸狀態(tài)具有很好的直接反饋性，而且雙邊Laplace小波能夠很好地提取聲發(fā)射信號(hào)中的脈沖性，提出基于聲發(fā)射信號(hào)的雙邊非對(duì)稱Laplace小波相關(guān)系數(shù)法用來(lái)檢測(cè)機(jī)械密封端面開啟轉(zhuǎn)速。
　　(2)機(jī)械密封端面接觸狀態(tài)直接影響著密封裝置性能和使用壽命，因而對(duì)機(jī)械密封端面摩擦狀態(tài)的監(jiān)測(cè)非常必要。由于聲發(fā)射信號(hào)頻譜受主軸轉(zhuǎn)速影響非常小，研究了基于聲發(fā)射信號(hào)利用超

4、球面支持向量機(jī)(Hyper-Sphere Support Vector Machine，HSSVM)對(duì)密封端面接觸狀態(tài)的識(shí)別方法。試驗(yàn)中以低轉(zhuǎn)速、非接觸摩擦狀態(tài)聲發(fā)射信號(hào)小波包能量特征訓(xùn)練超球面支持向量機(jī)，能夠識(shí)別不同轉(zhuǎn)速下密封端面接觸狀態(tài)。
　　(3)機(jī)械密封端面磨損程度不僅影響密封工作狀態(tài)，而且決定密封泄漏量的大小。為了在沒(méi)有全歷程狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)機(jī)械密封端面做出較為準(zhǔn)確地磨損狀態(tài)評(píng)估，提出了基于偏置因子隱馬爾可夫模型（Bi

5、as Factorial Hidden MarkovModel，BFHMM）的機(jī)械密封磨損狀態(tài)評(píng)估技術(shù)。傳統(tǒng)的基于完備先驗(yàn)知識(shí)的監(jiān)測(cè)模型建立非常困難，而且普適性較差，本文研究在僅具備機(jī)械密封端面最初和嚴(yán)重磨損兩種狀態(tài)下的先驗(yàn)知識(shí)，即在沒(méi)有全歷程狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下對(duì)機(jī)械密封運(yùn)行狀態(tài)作出較為準(zhǔn)確地評(píng)估，從而避免機(jī)械密封過(guò)度磨損，保證密封的正常使用和設(shè)備的安全運(yùn)行。
　　(4)對(duì)機(jī)械密封的使用剩余壽命的預(yù)測(cè)是評(píng)定一套機(jī)械密封性能的重要指標(biāo)

6、?？紤]到灰色理論能有效預(yù)測(cè)信號(hào)的總體趨勢(shì)，而粒子濾波卻對(duì)其局部變化更為敏感。本文將兩種方法相結(jié)合，提出灰色粒子濾波預(yù)測(cè)方法:首先利用粒子濾波對(duì)曲線拐點(diǎn)進(jìn)行跟蹤修正，然后利用灰色理論擬合預(yù)測(cè)密封摩擦副的總體壽命曲線。數(shù)據(jù)證明，該方法能對(duì)機(jī)械密封摩擦副的剩余壽命進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。
　　本論文研究?jī)?nèi)容主要完成了對(duì)機(jī)械密封端面開啟轉(zhuǎn)速檢測(cè)，建立了密封端面接觸狀態(tài)和磨損狀態(tài)的識(shí)別評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)端面接觸狀態(tài)監(jiān)測(cè)、端面磨損程度評(píng)估及摩擦副剩余壽