一种风机状态联合监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种风机状态联合监测方法及系统，方法包括：计算风机各个工况状态下的标准时域信号；对标准时域信号进行同步压缩小波变换，得到对应的标准三维时频谱图；采集风机实时振动信号，对实时振动信号进行同步压缩小波变换，得到实时三维时频谱图；截取实时三维时频谱图中待监测时间段及其对应的特征频段，生成各个截取时频谱图；对各个截取时频谱图进行逆同步压缩小波变换，得到实时振动信号子成分的时域信号；计算实时振动信号子成分的时域信号与各个工况状态下的标准时域信号间的第一相关系数、第二相关系数、第三相关系数，根据第三相关系数判断风机的状态。本发明专利技术准确判断风机的运行状态，处理效率高。

A combined monitoring method and system of fan state

【技术实现步骤摘要】
一种风机状态联合监测方法及系统
本专利技术涉及信号处理领域，具体涉及一种风机状态联合监测方法及系统。
技术介绍
随着运转时间的加长，风机内粉尘会不均匀的附着在叶轮上，逐渐破坏风机的动平衡，使轴承振动逐渐加大，一旦振动达到风机允许的最大值时，风机必须停机修理。每年风机故障损失的发电量和故障导致的维护费用都给风电场带来巨大的经济损失。从减少故障维护时间和维护成本上讲，风机状态的及时评估是非常必要的。目前基于风机振动信号的风机状态判断方法主要有时域方法和频域方法。时域方法主要是通过截取一段振动时域信号，然后对其进行各类统计参数的计算，如平均值、峰值、峰峰值、标准差、方差、均方根等，通过与己有的标准对比，进而判断当前风机的振动是否处于正常范围内。然而，时域信号参数值的计算只能反映振动幅度的大小，而不能有效判断风机的状态。频域方法主要有傅里叶变换、短时傅里叶变换、小波变换等，用于提取信号的时频特征。但想要用这些方法分析我们感兴趣的成分时，往往需要经历复杂的筛选过程，同时时频分辨率受限，难以直观反映信号的局部特征；主成分分析、经验模态分解等方法，虽然可以用于提取信号中感兴趣的子成分，但是这一类方法需要保证感兴趣成分的贡献率达到较高水平；同时对于提取的成分而言，应该给出符合风机工作状态的物理解释，这在风机工业应用中实施难度较大。且现有的频域方法主要涉及提取子成分，完全不涉及如何基于子成分进行具体的风机状态监测。公开号为CN108843611A的专利技术专利申请公开了一种基于振动信号联合谱相关系数分析的轴流风机状态识别方法，（1）营造轴流风机的各种工况状态，建立轴流风机标准工况数据库；（2）建立轴流风机标准工况幅值谱数据库和倒频谱数据库；（3）采集实时运行的轴流风机振动信号，数据处理后得到轴流风机实时工况的振动信号幅值谱和倒频谱；（4）分别计算实时工况与标准工况的振动信号幅值谱相关系数和倒频谱相关系数；（5）绘制联合谱相关系数点并计算与点（1，1）之间的绝对距离；（6）根据绝对距离，确定轴流风机当前的实时运行状态。上述专利申请虽然能对风机的运行状态进行识别和判断，但是其是基于振动信号的频率成分信息及主要调制频率信息进行分析，当频率信息相似但时间变化趋势完全不同时，仍然会被误认为属于相同的风机运行状态。此外，上述申请通过快速傅里叶变换得到轴流风机振动信号子成分，但是其处理过程复杂，也不能兼顾频率与时间分辨率的需求。因此有必要寻求一种实施复杂度低、普适性好、有效性高的风机状态判断方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种风机状态联合监测方法及系统。本专利技术通过可以从时频谱中将风机特定时段和特定频段信号的子成分准确的提取出来，只用一个成分代替复杂的特征频率所表达的工况，能够直观的有效监测风机的运行状态。同时利用时域信号与时频谱图对信号的相关系数进行计算，提高风机状态判断的准确性。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种风机状态联合监测方法，包括步骤：S1、多次采集风机各个工况状态下的振动信号，计算风机各个工况状态下的标准时域信号；S2、对所述标准时域信号进行同步压缩小波变换，得到对应的标准三维时频谱图；S3、采集风机实时振动信号，对所述实时振动信号进行同步压缩小波变换，得到实时三维时频谱图；S4、截取所述实时三维时频谱图中待监测时间段及其对应的特征频段，生成各个截取时频谱图；S5、对所述各个截取时频谱图进行逆同步压缩小波变换，得到所述实时振动信号子成分的时域信号；S6、依次计算所述实时振动信号子成分的时域信号与各个工况状态下的标准时域信号间的第一相关系数；S7、依次计算所述截取时频谱图与各个工况状态下的标准三维时频谱图间的第二相关系数；S8、基于所述第一相关系数、第二相关系数计算实时振动信号与各个工况状态下的振动信号间的第三相关系数，根据所述第三相关系数判断风机的状态。进一步地，所述工况状态包括启动工况、转子不平衡工况、地脚螺栓松动工况下、正常工况、关停工况；所述标准时域信号为多次对风机在各个工况状态下的振动信号进行采集，对多次采集的振动信号求取的平均信号。进一步地，所述截取时频谱图为：其中，为待监测时间段的时间索引，为应的特征频段的频率索引，b为时间，f为频率，wt为所述实时三维时频谱图。进一步地，实时振动信号子成分的时域信号与启动工况下的标准时域信号间的第一相关系数为：截取时频谱图与启动工况下的标准三维时频谱图间的第二相关系数为：其中，分别为与的方差，为与的协方差；实时振动信号与启动工况下的振动信号间所述第三相关系数为：其中，为第一相关系数的权重。进一步地，所述步骤S8具体为：比较实时振动信号与工况状态包括启动工况、转子不平衡工况、地脚螺栓松动工况下、正常工况、关停工况下的振动信号的第三相关系数，选择最大第三相关系数所对应的标准信号的工况，作为风机的实时工况。本专利技术还提出一种风机状态联合监测系统，包括：标准时域信号模块，用于多次采集风机各个工况状态下的振动信号，计算风机各个工况状态下的标准时域信号；第一变换模块，用于对所述标准时域信号进行同步压缩小波变换，得到对应的标准三维时频谱图；第二变换模块，用于采集风机实时振动信号，对所述实时振动信号进行同步压缩小波变换，得到实时三维时频谱图；截取模块，用于截取所述实时三维时频谱图中待监测时间段及其对应的特征频段，生成各个截取时频谱图；第三变换模块，用于对所述各个截取时频谱图进行逆同步压缩小波变换，得到所述实时振动信号子成分的时域信号；第一计算模块，用于依次计算所述实时振动信号子成分的时域信号与各个工况状态下的标准时域信号间的第一相关系数；第二计算模块，用于依次计算所述截取时频谱图与各个工况状态下的标准三维时频谱图间的第二相关系数；状态判断模块，用于基于所述第一相关系数、第二相关系数计算实时振动信号与各个工况状态下的振动信号间的第三相关系数，根据所述第三相关系数判断风机的状态。进一步地，所述工况状态包括启动工况、转子不平衡工况、地脚螺栓松动工况下、正常工况、关停工况；所述标准时域信号为多次对风机在各个工况状态下的振动信号进行采集，对多次采集的振动信号求取的平均信号。进一步地，所述截取时频谱图为：其中，为待监测时间段的时间索引，为应的特征频段的频率索引，b为时间，f为频率，wt为所述实时三维时频谱图。进一步地，实时振动信号子成分的时域信号与启动工况下的标准时域信号间的第一相关系数为：截取时频谱图与启动工况下的标准三维时频谱图间的第二相关系数为：其中，分别为与的方差，为与的协方差；实时振动信号与启动工况下的振动信号间所述第三相关系数为：其中，为第一相关系数的权重。进一步地，所述状态判断模块具体为：比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风机状态联合监测的方法，其特征在于，包括步骤：/nS1、多次采集风机各个工况状态下的振动信号，计算风机各个工况状态下的标准时域信号；/nS2、对所述标准时域信号进行同步压缩小波变换，得到对应的标准三维时频谱图；/nS3、采集风机实时振动信号，对所述实时振动信号进行同步压缩小波变换，得到实时三维时频谱图；/nS4、截取所述实时三维时频谱图中待监测时间段及其对应的特征频段，生成各个截取时频谱图；/nS5、对所述各个截取时频谱图进行逆同步压缩小波变换，得到所述实时振动信号子成分的时域信号；/nS6、依次计算所述实时振动信号子成分的时域信号与各个工况状态下的标准时域信号间的第一相关系数；/nS7、依次计算所述截取时频谱图与各个工况状态下的标准三维时频谱图间的第二相关系数；/nS8、基于所述第一相关系数、第二相关系数计算实时振动信号与各个工况状态下的振动信号间的第三相关系数，根据所述第三相关系数判断风机的状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种风机状态联合监测的方法，其特征在于，包括步骤：
S1、多次采集风机各个工况状态下的振动信号，计算风机各个工况状态下的标准时域信号；
S2、对所述标准时域信号进行同步压缩小波变换，得到对应的标准三维时频谱图；
S3、采集风机实时振动信号，对所述实时振动信号进行同步压缩小波变换，得到实时三维时频谱图；
S4、截取所述实时三维时频谱图中待监测时间段及其对应的特征频段，生成各个截取时频谱图；
S5、对所述各个截取时频谱图进行逆同步压缩小波变换，得到所述实时振动信号子成分的时域信号；
S6、依次计算所述实时振动信号子成分的时域信号与各个工况状态下的标准时域信号间的第一相关系数；
S7、依次计算所述截取时频谱图与各个工况状态下的标准三维时频谱图间的第二相关系数；
S8、基于所述第一相关系数、第二相关系数计算实时振动信号与各个工况状态下的振动信号间的第三相关系数，根据所述第三相关系数判断风机的状态。


2.根据权利要求1所述的风机状态联合监测方法，其特征在于，所述工况状态包括启动工况、转子不平衡工况、地脚螺栓松动工况下、正常工况、关停工况；所述标准时域信号为多次对风机在各个工况状态下的振动信号进行采集，对多次采集的振动信号求取的平均信号。


3.根据权利要求1所述的风机状态联合监测方法，其特征在于，所述截取时频谱图为：



其中，为待监测时间段的时间索引，为应的特征频段的频率索引，b为时间，f为频率，wt为所述实时三维时频谱图。


4.根据权利要求2所述的风机状态联合监测方法，其特征在于，实时振动信号子成分的时域信号与启动工况下的标准时域信号间的第一相关系数为：



截取时频谱图与启动工况下的标准三维时频谱图间的第二相关系数为：



其中，分别为与的方差，为与的协方差；
实时振动信号与启动工况下的振动信号间所述第三相关系数为：



其中，为第一相关系数的权重。


5.根据权利要求4所述的风机状态联合监测方法，其特征在于，所述步骤S8具体为：
比较实时振动信号与工况状态包括启动工况、转子不平衡工况、地脚螺栓松动工况下、正常工况、关停工况下的振动信号的第三相关系数，选择最大第三相关系数所对应的标准信号的工况，作为风机的实时工况。


6.一种风机状态联合监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟锋，竹渝晓，卢青青，陈一伟，石红，
申请(专利权)人：浙江上风高科专风实业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33