本發(fā)明屬于壓風(fēng)機(jī)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

壓風(fēng)機(jī)的工作原理是當(dāng)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或帶輪帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在主動(dòng)輪上的齒輪帶動(dòng)從動(dòng)輪上的齒輪，按相反方向同步旋轉(zhuǎn)，使嚙合的轉(zhuǎn)子相隨轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)殼與轉(zhuǎn)子形成一個(gè)空間，氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入空間。這時(shí)氣體會(huì)受到壓縮并被轉(zhuǎn)子擠出出風(fēng)口，而另一個(gè)轉(zhuǎn)子則轉(zhuǎn)到與第一個(gè)轉(zhuǎn)子在壓縮開(kāi)始的相對(duì)位置，與機(jī)殼的另一邊形成一個(gè)新空間，新的氣體又進(jìn)入這一空間，被擠壓出，連續(xù)運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到輸出高壓氣體目的。

由于受工作溫度、壓力、震動(dòng)等因素的影響，壓風(fēng)機(jī)容易出現(xiàn)滲漏及轉(zhuǎn)子軸孔磨損等問(wèn)題。因此壓風(fēng)機(jī)的狀態(tài)實(shí)時(shí)感知，對(duì)于提高壓風(fēng)機(jī)的安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量傳感器、第二流量傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器、多信號(hào)采集模塊、多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊和故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)；

第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量傳感器、第二流量傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)傳感器分別與多信號(hào)采集模塊輸入端連接，所述多信號(hào)采集模塊輸出端連接多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊輸入端，所述多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

所述第一壓力傳感器設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口，用于采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊，所述第二壓力傳感器設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)出氣管路，用于采集壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體壓力，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；所述第一流量傳感器，設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口，用于采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊，所述第二流量傳感器設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)出氣管路，用于采集壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體流量，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；所述溫度傳感器，設(shè)置于潤(rùn)滑油內(nèi)部，用于采集壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；所述振動(dòng)傳感器，設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)上，用于采集壓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率及振幅，并發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；所述多信號(hào)采集模塊，用于接收第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量傳感器、第二流量傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)傳感器采集數(shù)據(jù)，并發(fā)送給多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊；所述多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊用于接收多信號(hào)采集模塊輸出的各傳感器采集數(shù)據(jù)，計(jì)算壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。

利用壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量傳感器、第二流量傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)傳感器分別實(shí)時(shí)采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體壓力、壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體流量、壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度和壓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率及振幅，并將采集數(shù)據(jù)分別發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；

步驟2：多信號(hào)采集模塊接收各傳感器采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊；

步驟3：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，計(jì)算壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，將運(yùn)行參數(shù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)：

步驟3-1：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊分別計(jì)算壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率ηp和壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率ηq：

其中，p1'為未磨損嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力；

p1為第一壓力傳感器采集的磨損后的嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力；

其中，q1'為未磨損嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量；

q1為第一流量傳感器采集的磨損后的嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量；

步驟3-2：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率和壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-3：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將第二壓力傳感器采集的壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的壓力數(shù)據(jù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-4：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將第二流量傳感器采集的壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口流量數(shù)據(jù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-5：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將溫度傳感器采集的溫度與壓力及流量數(shù)據(jù)的融合處理，與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-6：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊通過(guò)振動(dòng)傳感器得到電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率及振幅數(shù)據(jù)，生成電機(jī)振動(dòng)頻譜與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。

有益效果：一種壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：

在壓風(fēng)機(jī)工作過(guò)程中不同工作狀態(tài)下，結(jié)合嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口壓力特性、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體壓力特性、嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口流量特性、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體流量特性、壓風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑油溫度特性、壓風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)特性，通過(guò)壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)傳感器對(duì)上述參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理及分析，通過(guò)設(shè)立故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)壓風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及判斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)異常，以便維修人員及時(shí)檢修，避免壓風(fēng)機(jī)部件損傷，對(duì)壓風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行、故障預(yù)測(cè)、降低維護(hù)成本、延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖；

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)方法流程圖。

圖4為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率隨磨損量變化曲線圖；

圖6為本發(fā)明一種實(shí)施方式的壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率隨磨損量變化曲線圖；

圖中：1-第一壓力傳感器、2-第二壓力傳感器、3-第一流量傳感器、4-第二流量傳感器、5-溫度傳感器、6-振動(dòng)傳感器、7-多信號(hào)采集模塊、8-多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊、9-故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)、10-壓風(fēng)機(jī)、11-嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口、12-壓風(fēng)機(jī)出氣管路、13-潤(rùn)滑系統(tǒng)、14-潤(rùn)滑油、15-電動(dòng)機(jī)、16-嚙合轉(zhuǎn)子密封腔、17-陰螺桿、18-陽(yáng)螺桿。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的一種實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1-2所示，一種壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

第一壓力傳感器1、第二壓力傳感器2、第一流量傳感器3、第二流量傳感器4、溫度傳感器5、振動(dòng)傳感器6、多信號(hào)采集模塊7、多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊8和故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)9；

第一壓力傳感器1、第二壓力傳感器2、第一流量傳感器3、第二流量傳感器4、溫度傳感器5和振動(dòng)傳感器6分別與多信號(hào)采集模塊7的輸入端連接，所述多信號(hào)采集模塊7的輸出端連接多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊8輸入端，多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊8與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)9連接。

所述壓風(fēng)機(jī)10是將電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能的裝置。所述第一壓力傳感器1設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)10的嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口11，用于采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力p1，所述第二壓力傳感器2設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)出氣管路12，用于采集壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體壓力p2；所述第一流量傳感器3，設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔出口11，用于采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量q1，所述第二流量傳感器4設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)出氣管路12，用于采集壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體流量q2；所述溫度傳感器5，設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)13中潤(rùn)滑油14內(nèi)部，用于對(duì)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；所述振動(dòng)傳感器6，設(shè)置于壓風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)15上，用于對(duì)壓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率及振幅進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；所述多信號(hào)采集模塊7，用于接收第一壓力傳感器1、第二壓力傳感器2、第一流量傳感器3、第二流量傳感器4、溫度傳感器5和振動(dòng)傳感器6采集的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊8；所述多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊8，用于接收多信號(hào)采集模塊輸出的各傳感器采集數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)間順序獲得的多傳感器采集數(shù)據(jù)在一定的準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析優(yōu)化綜合、支配和使用，獲得壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一致性解釋與描述，并根據(jù)故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)9對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。所述故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)9用于存儲(chǔ)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)與故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本實(shí)施方式中，故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率、壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的壓力、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口流量、溫度、壓力及流量融合數(shù)據(jù)、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率及振幅數(shù)據(jù)與各故障對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如圖3所示，利用壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)的壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)感知及故障預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量傳感器、第二流量傳感器、溫度傳感器和振動(dòng)傳感器分別實(shí)時(shí)采集壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力p1、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體壓力p2、壓風(fēng)機(jī)嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量q1、壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口氣體流量q2、壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行溫度和壓風(fēng)機(jī)的振動(dòng)頻率及振幅，并將采集數(shù)據(jù)分別發(fā)送給多信號(hào)采集模塊；

步驟2：多信號(hào)采集模塊接收各傳感器采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)給多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊；

步驟3：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，計(jì)算壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，將運(yùn)行參數(shù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)：

步驟3-1：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊對(duì)處理后的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，通過(guò)計(jì)算嚙合壓力效率和嚙合流量效率對(duì)壓風(fēng)機(jī)效率進(jìn)行分析，具體計(jì)算方法為：

計(jì)算壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率ηp：

其中，p1'為未磨損嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力；

p1為第一壓力傳感器采集的磨損后的嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體壓力；

計(jì)算壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率ηq：

其中，q1'為未磨損嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量；

q1為第一流量傳感器采集的磨損后的嚙合轉(zhuǎn)子密封腔輸出高壓氣體流量。

步驟3-2：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率和壓風(fēng)機(jī)嚙合流量效率與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。

如圖4所示，所述嚙合轉(zhuǎn)子密封腔16，形成于壓風(fēng)機(jī)陽(yáng)螺桿18和壓風(fēng)機(jī)陰螺桿17之間，隨著陽(yáng)螺桿18與陰螺桿17之間磨損量的增大，如圖5-6所示，所形成的密封腔的密封性逐漸下降，從而導(dǎo)致壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率及嚙合流量效率降低。當(dāng)磨損量達(dá)到一定量x1時(shí)，密封腔密封性顯著下降，壓風(fēng)機(jī)嚙合壓力效率從開(kāi)始顯著降低；當(dāng)磨損量達(dá)到一定量x2時(shí)，嚙合流量效率從開(kāi)始顯著降低。導(dǎo)致壓風(fēng)機(jī)失效。

步驟3-3：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將第二壓力傳感器采集的壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的壓力數(shù)據(jù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-4：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將第二流量傳感器采集的壓風(fēng)機(jī)出風(fēng)口流量數(shù)據(jù)與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-5：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊將溫度傳感器采集的溫度與壓力及流量數(shù)據(jù)的融合處理，與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)；

步驟3-6：多信號(hào)融合預(yù)測(cè)分析模塊通過(guò)振動(dòng)傳感器得到電動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率及振幅數(shù)據(jù)，生成電機(jī)振動(dòng)頻譜與故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)壓風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)。