[发明专利]一种基于电流的通风机失速和喘振监测及诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流的通风机失速和喘振监测及诊断方法，通过监测和分析通风机的电流信号来诊断和识别通风机的失速、喘振，特别是用于通风机失速和喘振的监测及诊断，属于通风机状态监测领域。

背景技术

通风机在能源、冶金、机械、化工、医药等行业的应用十分广泛，是安全生产的基本保证。通风机状态的恶化，特别是发生失速与喘振，将会造成严重的损失，轻者风机叶片断裂，严重者会造成通风机基座等附属设备的损坏及有毒有害气体的集聚，造成人员的伤亡。为了保证安全生产，避免发生失速和喘振，对通风机进行监测和诊断十分必要。

由于通风机的结构复杂、故障类型多、状态信号的组成成分多、背景噪声强等问题，为了准确及时可靠地监测及诊断出通风机的失速和喘振，需要选择合适的状态信号作为诊断依据和合适的监测及诊断方法。通风机发生失速或喘振时，会出现通风流量、压力、电机的电压和电流的大幅度波动，通风机剧烈振动，同时伴有强烈的噪声。通风机发生失速和喘振时，通风的流量和压力大幅波动并出现气流脉冲，由于流量和压力传感器的响应特性，测量结果误差大，可靠性低；通风机的振动加剧，但同时背景噪声更加强烈，背景噪声淹没了振动信号中的特征信息；电机的电压和电流随着失速和喘振的周期做对应的波动，不受外界环境的干扰。目前的失速和喘振的监测方法不能在失速和喘振发生前诊断出失速和喘振，失速和喘振的发生就会对设备和人员造成伤害，所以传统的失速和喘振的监测方法并不能避免失速和喘振带来的危害。失速和喘振发现的越及时，对设备和人员的伤害就越小，因此需要在失速和喘振发生前监测和诊断出通风状态的异常，以指导工作人员采取相应的措施，避免悲剧的发生。因此研发出一种准确、可靠、及时的失速和喘振的监测及诊断方法具有重要的经济价值和社会价值。

发明内容

本发明的目的在于：目前通风机失速和喘振的监测和诊断方法不能在失速和喘振发生前监测及诊断出通风状态异常的不足，研发出一种基于电流的通风机失速和喘振监测及诊断方法，该方法适用于通风机失速和喘振监测及诊断。通风机的电流信号方便获取且不受背景噪声的干扰，失速或喘振发生时，电流的波动周期与失速或喘振的周期相同。通风机机械故障、电网的波动，也会在电流上有体现，但与失速或喘振的电流波动周期和幅值均不同。在通风机电机的电源输入电缆上安装电流互感器，采集电机的电流，将采集到的电流传输到微处理器，通过对电流信号的运算分析，提取电流信号的特征。同时利用支持向量机模型对电流信号的特征进行分类和识别，诊断和识别通风机是否具有失速或喘振的趋势。一旦诊断出通风机的失速和喘振的趋势，立即报警，指导工作人员采取相应的措施，有效避免失速和喘振的发生。

一种基于电流的通风机失速和喘振监测及诊断方法，其基于的硬件平台包括电流互感器、信号采集卡、微处理器、监测及诊断结果显示装置、通风机状态报警装置；包括以下步骤：

S1：将电流互感器安装在通风机电机的任一输入电源的电缆上，通风机运行平稳后，信号采集卡开始采集电流信号，采样频率为f，其中100Hz≤f≤12kHz,信号采集卡将采集到的电流信号传输到微处理器中；

S2：对S1中采集的电流信号进行截取，得到电流信号x(k)，k为电流信号的序号，1≤k≤N，信号每段长度为N，其中200≤N≤10240；

S3:设置信号间的间隔向量h，h的值为1≤h<N；

S4:求取每一个间隔向量h的改进的变差函数值γ(k,h)，计算公式为其中N为S2中信号每段长度，h为S3中的间隔向量，当|x(k)-x(k+h)|≥1时，H(k)=[x(k)-x(k+h)]²，当|x(k)-x(k+h)|<1时，x(k)为S2中电流信号，并利用直角坐标系表示出这些改进的变差函数值，横坐标为间隔向量，纵坐标为改进的变差函数值γ(k,h)；

S5:拟合S4中获得的γ(k,h)，得到的曲线为改进的变差函数曲线；

S6:取S5中改进的变差函数曲线h趋于0时的值为块金点C；

S7：以块金点C作为支持向量机模型的特征向量，支持向量机模型的输出为y_i,i为0,1,2,3，y_i为0,1,2,3，分别对应通风机正常状态、失速状态、喘振状态和其他状态；