基于HHT的汽轮机碰摩振动故障诊断技术研究

南京工程学院毕业设计说明书（论文）南京工程学院毕业设计说明书(论文)作者：朱燚峰学号：207110141系部：能源与动力工程学院专业：热能与动力工程题目：基于HHT的汽轮机碰摩振动故障诊断技术研究指导者：王翔讲师(姓名)(专业技术职务)评阅者：(姓名)(专业技术职务)2015年5月南京南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）中文摘要（空1行）××××××××××××××××（小4号宋体，1.5倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。（要求200~300字）（空2行）关键词××××××××××××（小4号宋体）（小4号黑体）南京工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleResearchontheApplicationofHilbert-HuangTransforminturbinerubbingvibrationfaultdiagnosistechnology小4号宋体Abstract×××××××××（小4号宋体，1.5倍行距，第一个字应顶格写）××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××.（空2行）Keywords××××××××××××（小4号宋体）（小4号黑体）南京工程学院毕业设计说明书（论文）目录前言................................................................1第一章绪论..........................................................21.1概述............................................................21.1.1汽轮机技术国际发展状况.....................................21.1.2中国发展状况................................................31.2研究背景和意义..................................................41.3故障诊断技术的发展.............................................61.4Hilbert-Huang变换的的发展.....................................91.4.1Hilbert-Huang变换的提出...................................91.4.2Hilbert-Huang变换的研究现状..............................101.4.3Hilbert-Huang变换存在的困难.............................11第二章汽轮机动静碰摩故障机理及信号特征分析......................1332.1碰摩的种类....................................................1332.2汽轮机组动静碰摩产生的原因...................................1332.2.1影响转轴发生径向碰摩的原因................................132.2.2影响转轴发生轴向碰摩的原因................................142.3动静碰摩故障的主要信号特征....................................152.3.1全周碰摩的特征............................................152.3.2部分碰摩的特征............................................162.3.3振动信号的时域波形特征...................................172.3.4振动信号的频谱特征........................................182.3.5振动信号的时变特征........................................192.4动静碰摩对转子运动产生的影响....................................192.5碰摩转子的动力特性..............................................202.6碰摩故障的控制.................................................212.7碰摩故障的诊断方法............................................222.8碰摩故障的处理方法............................................232.8.1汽轮机组轴封碰摩故障的处理................................232.8.2汽缸偏移引起的碰摩故障处理................................24第三章经验模式分解理论和希尔伯特-黄理论分析......................253.1经验模式分解理论..............................................253.1.1瞬时频率...................................................253.1.2固有模态函数..............................................293.2EMD的基本原理和算法.........................................29南京工程学院毕业设计说明书（论文）3.3希尔伯特-黄理论...............................................323.3.1Hilbert谱与Hilbert边界谱................................323.3.2Hilbert-Huang数值仿真....................................34第四章汽轮机组动静碰摩振动故障信号EMD和HHT诊断................384.1转子振动故障的模拟实验简介...................................384.1.1实验目的...................................................384.1.2实验装置组成及技术参数...................................384.2实例分析.......................................................434.2.1严重碰摩时的振动波形及其Hilbert-Huang变换..............434.2.2轻度碰摩时的振动波形及其Hilbert-Huang变换..............454.2.3无碰摩时的振动波形及其Hilbert-Huang变换.................48第五章结论.........................................................50致谢...............................................................51参考文献.............................................................52南京工程学院毕业设计说明书（论文）1前言Hilbert-Huang变换是一种新型的信号处理方法，适用于非线性、非平稳信号的分析和处理，包括两个过程：经验模式分解(empiricalmodedecomposition，EMD)和Hilbert变换。EMD方法基于信号的局部特征时间尺度，能把复杂的信号函数分解成有限个固有模态函数（intrinsicmodefunction，IMF)之和，而每个IMF所包含的频率成分不仅与分析频率有关，还随信号本身的变化而变化，因此，EMD方法是自适应的信号处理方法。随着信号处理技术的不断发展，人们对信号的分析和理解也更加全面和深刻，对信号分析更高的要求促进了这门学科进一步的发展。汽轮机组是工业领域的重要设备，尤其是在电力行业，汽轮机组是关键的设备。由于汽轮机组结构和系统的复杂性、运行环境的特殊性，导致汽轮机组的故障率较高，而且故障的危害性很大。因此，汽轮机组的诊断一直是故障诊断技术应用的一个重要方面。基于此，选定汽轮机动静碰摩故障诊断技术研究一题，探索如何从机组的状态行为等特征，根据相关的数据和信息对故障定性，进而对产生的原因或机理做出判断，并确定解决措施和实施处理方案。本文在分析总结HHT的基础上，结合转子碰摩故障特点，对转子碰摩故障诊断中主要振动信号处理方法进行了概述，通过大量查阅图书馆和网上资料，较为全面和系统地阐述了基于HHT的时频分析理论和算法，利用MATLAB分析实验台的数据，验证了HHT在旋转机械振动信号时频分析中的优点和有效性。南京工程学院毕业设计说明书（论文）2第一章绪论1.1概述汽轮机是以蒸汽为工质的将热能转变为机械能的旋转式原动机，与其他热力原动机相比，具有运转平稳、单机功率大、效率较高、使用寿命长和单位功率制造成本低等优点，故而得到广泛应用。汽轮机不仅是现代火电厂和核电站中普遍采用的原动机，还广泛用于船运、化工、冶金等部门用来直接驱动各种从动机，如各种泵、风机和压缩机等。在使用化石燃料的现代火电厂、核电站以及地热发电站中，汽轮机用来驱动发电机产生电能，因此汽轮机是现代化国家重要的动力机械设备[1]。1.1.1汽轮机技术国际发展状况1.1882年，瑞典工程师拉瓦尔设计制造出第一台单级冲动式汽轮机，紧随其后，1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机，虽然那时的汽轮机结构非常简单，仍使汽轮机广泛应用于电站、航海和大型工业。2.20世纪60年代，工业发达的国家生产的汽轮机已经达到500-600MW等级水平。1972年，由瑞士ABB公司制造的1300MW双轴全速汽轮机在美国投入运行，设计参数达到24Mpa，蒸汽温度538°C，转速高达3600rpm；1974年，西德KWU公司制造的1300MW单轴半速(1500rpm)饱和蒸汽参数汽轮机投入运行；1982年世界上最大的1200MW单轴全速汽轮机在前苏联投入运行，压力24Mpa，蒸汽温度540°C。3.世界各国都在进行大容量、高参数汽轮机的研究和开发；如俄罗斯正在研究2000MW；是因为大容量汽轮机有如下特点：1）降低单位功率投资成本。如800MW机组比500MW机组的千瓦造价低17%；1200MW机组比800MW机组的千瓦造价低15%-20%。2）提高运