故障诊断设计报告

西安交通大学机械工程学院

鼓风机系统状态监测、

故障诊断

整体设计报告

机械工程及自动化

项目组号

联系方式: 电子邮件

指导教师: 西安交通大学机械工程学院

二O —三年

项目名称 鼓风机系统状态监测、故障诊断

项目单位：

机械工程学院 03

项目成员:

肖文、王子豪、史成学、占利、王立哲

李兵老师

目前无论是工业生产还是人们的吃穿住行都离不开机械装配， 机械重大装备故障的发生不仅会造成人员伤亡，还会造成巨大的财 产损失。为了追求一个更安全、更健康的和谐社会，世界上很多国 家都把确保机械装备安全服役的科学技术作为

21世纪优先发展的

领域之一。据统计：美国企业2009年的维修费用约为2万亿美金， 其中约有1/3~1/2的维修费用由于使用不合理而被浪费。 日本实施 故障诊断技术可减少约 75那故率，降低25%~50的维修费用。英 国2000个工

厂采用故障诊断技术后维修费用每年可节约

3亿英镑。

我国化工系统30万吨合成氨厂采用机械状态监测与故障诊断技术 后，维修期限由过去的每隔45天维修一次改为3年2修，检修费 用由过去工厂年产值的15%$低到工厂年产值的10%由此可见， 开展机械状态监测与故障诊断技术研究不仅可以避免恶性事故的 发生，而且对于确保机械重大装备的安全服役具有重要的社会意义 和经济价值。因此，国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020 年)和国家自然科学基金委机械工程学科发展战略报 告(2011-2020年)均将“重大产品和重大设施的可靠性、 安全性、 可维护性技术”列为未来重要的研究方向。

鼓风机系统是一个典型的机械系统，在工业生产和人们日常生 活中应用很广，鼓风机系统的状态监测和故障诊断对于工业生产和 人们的日常生活避免恶性事故的发生有很重要的意义和价值。

经费

二、项目组成员情况

申请资助

(单位：元)

、项目基本信息

项目名称

鼓风机系统状态监测、故障诊断与控制

项目主要 内容摘要

三、指导教师

王保健

四、审核意见

1.背景

鼓风机市场研究

鼓风机叶片故障诊断系统市场研究

（一）市场上现有的同类技术

技术名称小波分析在汽轮机叶片故障诊断中的应用研究

（二）与产品功能相同的发明专利

2013-02-27

张建忠；杭俊；程明 本发明涉及一种基于小波变换和模糊支持向量机 （FSVM 的风电机

组叶片故障诊断方法，其步骤为：通过安装在风电机组主轴座垂直 方向的加速度传感器测量振动信号；利用小波分解提取故障特征信 息,然后归一化处理提取故障特征向量，最后将测量得到的故障特 征向量输入经优化和训练好的模糊支持向量进行风电机组叶片故 障诊断。本发明简单易行、精确度高，诊断成本较低，是一种能够有 效提高风电机组叶片安全和可靠性的方法。

一种风电机组叶片故障诊断方法，其特征在于，通过安装在风电机 组主轴座上垂直方向的加速度传感器测量振动信号，利用小波分解 提取故障特征信息，然后归一化处理提取故障特征向量，最后将测 量得到的故障特征向量输入经过优化和训练好的模糊支持向量进 行风电机组叶片故障诊断，具体步骤如下：1）对研究的问题进行分 析,确定振动传感器的安装位置；2）针对典型故障情况，对采集的振 动信号进行小波分解，提取各频带内的能量特征作为故障特征信 息；3）对所提取的故障特征信息归一化处理得到故障特征向量

，将

其分为训练样本和测试样本；4）利用模糊核聚类算法对训练样本进 行聚类分析预处理，得到每个训练样本属于某种故障的模糊隶属 度，作为训练模糊支持向量机中使用的模糊隶属度；

5）利用粒子群

算法优化模糊支持向量机，并将最优解保存下来；然后利用训练样 本和测试样本对优化的模糊支持向量机进行训练和测试；6）将实测 振动信号进行小波分解提取故障特征向量，将其输入训练好的模糊 支持向量机，根据其输出情况来判断故障类型。

专利申请号 发明名称

一种风电机组叶片故障诊断方法

专利授权日 发明人 文摘

关键词:

叶片裂纹鼓风机在线检测故障诊断

2.设计方案

2.1 总体设计

实施方案

（一）目标

1.了解状态监测系统构成；

2.学习信号处理与分析技术，完成测试信号的处理和分析；

3.学习故障诊断的机理及方法，结合选定内容完成故障诊断方案设计；

4.学习相关软件（LABVIEW/MATLAB编程及软件设计；

5.运用机械工程测试技术、机械系统故障诊断技术、信号处理与分析、计算机软件等课程的基础知识，完成选定鼓风机系统的状态监测、故障诊断与控制系统;

6.根据设计制成实物，完成功能并在实际鼓风机系统上演示系统的各项功能

（二）研究内容

核心工程基础知识

机械工程测试技术、信号处理与分析技术、机械系统故障诊断技术。

冋题鉴定及表述

根据实际工程系统的现状提出问题，提炼为项目目标制定解决问题的计划批判性思维

分析所陈述的问题，进行市场调研，提出现有故障诊断系统利弊, 确定项目目标。

组织高效的团队

确定团队中成员的角色和职责

团队运行

确定目标和日程设计过程

根据整体系统的目标和要求，选择每一模块及组件的要求分析不同的设计

达成最终设计

设计中知识的运用

运用传感器、测试技术、信号分析。软件编程方面的知识练习创新及批判

性思维，以及解决问题的能力

项目主要任务

1.根据项目技术目标确定项目人员组成及人员的分配情况。

2.熟悉机械系统状态监测系统的结构组成。

3.掌握鼓风机系统常见故障。

4.掌握数据处理和分析技术。

5.完成鼓风机系统故障诊断与控制系统的开发，要求自行设计测试系统及信号处理相关软件程序。

6.在鼓风机系统上验证所设计的鼓风机系统状态监测、故障诊断与控制

7.分析总结项目实践过程的经验，路线

如果再一次做类似工作，写出更为优化的技术（三）系统框架

对故障信号进行

故障信号信息采

集分析

分析记录故障信号特

征并反馈至系统对故

障进行实时监控