機械密封端面狀態(tài)監(jiān)測及壽命預測關鍵技術研究.pdf

1、機械密封(Mechanical Seal，MS)是反應釜、離心泵、壓縮機和渦輪機等機械裝置的組成部件，用于旋轉設備防止泄露、節(jié)約能源和保護環(huán)境等。如果把反應釜、離心泵、壓縮機和渦輪機等看做一個動力系統(tǒng)的心臟，那么機械密封就相當于這顆心臟的瓣膜。
　　機械密封狀態(tài)監(jiān)測(Mechanical Seal Condition Monitoring，MSCM)的目的在于掌握密封設備發(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致的停機時間和因停機而造成的所有損失，最終降低企業(yè)維修費用并提高設備的有效利用率。本文在深入探討國內外機械密封狀態(tài)監(jiān)測研究現(xiàn)狀的基礎上，通過多傳感器監(jiān)測實驗對機械密封端面狀態(tài)進行了進一步的研究分析，其主要內容如下:
　　(1)機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小，以防止端面過度接觸而損傷密封端面。為了保障機械密封低摩擦和小泄露量的兼容

3、和平衡，首先須對設備運轉時密封端面開啟轉速進行檢測。由于聲發(fā)射信號對機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)射信號中的脈沖性，提出基于聲發(fā)射信號的雙邊非對稱Laplace小波相關系數(shù)法用來檢測機械密封端面開啟轉速。
　　(2)機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，因而對機械密封端面摩擦狀態(tài)的監(jiān)測非常必要。由于聲發(fā)射信號頻譜受主軸轉速影響非常小，研究了基于聲發(fā)射信號利用超

4、球面支持向量機(Hyper-Sphere Support Vector Machine，HSSVM)對密封端面接觸狀態(tài)的識別方法。試驗中以低轉速、非接觸摩擦狀態(tài)聲發(fā)射信號小波包能量特征訓練超球面支持向量機，能夠識別不同轉速下密封端面接觸狀態(tài)。
　　(3)機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。為了在沒有全歷程狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下對機械密封端面做出較為準確地磨損狀態(tài)評估，提出了基于偏置因子隱馬爾可夫模型（Bi

5、as Factorial Hidden MarkovModel，BFHMM）的機械密封磨損狀態(tài)評估技術。傳統(tǒng)的基于完備先驗知識的監(jiān)測模型建立非常困難，而且普適性較差，本文研究在僅具備機械密封端面最初和嚴重磨損兩種狀態(tài)下的先驗知識，即在沒有全歷程狀態(tài)數(shù)據(jù)的情況下對機械密封運行狀態(tài)作出較為準確地評估，從而避免機械密封過度磨損，保證密封的正常使用和設備的安全運行。
　　(4)對機械密封的使用剩余壽命的預測是評定一套機械密封性能的重要指標

6、。考慮到灰色理論能有效預測信號的總體趨勢，而粒子濾波卻對其局部變化更為敏感。本文將兩種方法相結合，提出灰色粒子濾波預測方法:首先利用粒子濾波對曲線拐點進行跟蹤修正，然后利用灰色理論擬合預測密封摩擦副的總體壽命曲線。數(shù)據(jù)證明，該方法能對機械密封摩擦副的剩余壽命進行有效預測。
　　本論文研究內容主要完成了對機械密封端面開啟轉速檢測，建立了密封端面接觸狀態(tài)和磨損狀態(tài)的識別評估模型，實現(xiàn)了對端面接觸狀態(tài)監(jiān)測、端面磨損程度評估及摩擦副剩余壽