一种发电用柴油机增压器故障预测方法技术

本发明专利技术公开了一种发电用柴油机增压器故障预测方法，步骤1：采集机组信息，形成数据集：步骤2：处理数据，初步判断故障数据特征：步骤3：根据柴发机组并联运行的工作特点改进降噪方法，在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况分别进行故障特征分析及阈值确定：步骤4：汇总分析，改进阈值确定方法，获得不同工况阈值：步骤5：形成多阈值表达式，规定通过多阈值表达式对异常情况进行判断的结果，完成离线处理：步骤6：在线实现预测。所述发电用柴油机增压器故障预测方法将增压器滑油进油压力与有功功率、增压器滑油进油温度、柴油机滑油压力彼此之间的关系读取出来，通过多个同级阈值的设立增加预测的精度。测的精度。测的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种发电用柴油机增压器故障预测方法


[0001]本专利技术涉及柴油机故障预测
，具体涉及一种发电用柴油机增压器故障预测方法。

技术介绍

[0002]在大型船舶电力系统陆上联调试验中，多台柴油发电机组长期并联运行，考核其并联运行稳定性，根据相关标准，其主要运行工况为：在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况进行加载和减载的并联运行试验。
[0003]发电用柴油机的增压器通过涡轮利用柴油机的废气和排气后的剩余能量来工作，从而使压气机能够向柴油机提供更多的压缩空气，使之达到最佳运转性能。因为进入气缸的空气增多，所以可使燃油燃烧更充分，从而使柴油机产生更大的功率和降低排放、减少污染。增压器故障的主要类别有增压器本体的装配质量问题、零件制造不合格、转子不平衡量过大、轴承设计及加工问题、机组运行超速、外部异物进入增压器、润滑系统油路堵塞、润滑系统供油不足等，其中，润滑导致的轴承失效是一种常见的，概率较高的故障。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种发电用柴油机增压器故障预测方法，为了解决现有技术中增压器润滑异常的检测方法是针对过低的增压器滑油进油压力设置一个固定的阈值，当实际压力值低于阈值时发出报警信号。但实际过程中，当收到报警信号时增压器已出现故障，无法实现对故障的预测与预防。且在实际工作过程中，不同的工况情况下增压器滑油进油压力数值不同，单一的阈值无法对过低的滑油进油压力进行实时的故障识别以及趋势判断的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种发电用柴油机增压器故障预测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，采集机组信息，形成数据集；
[0008]收集故障柴发机组及正常柴发机组从开始投入试验到故障发生时刻的所有相关运行数据，收集故障柴发机组修复后的运行数据；
[0009]步骤2，处理数据，初步判断故障数据特征，判断有用信息及参数相关性从而确定多阈值表达式判断的输入和输出；
[0010]步骤3，根据大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行的工作特点改进降噪方法，在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况分别进行故障特征分析及阈值确定；
[0011]步骤4，汇总分析，改进阈值确定方法，获得不同工况阈值；
[0012]步骤5，形成多阈值表达式，规定通过多阈值表达式对异常情况进行判断的结果，完成离线处理；
[0013]步骤6，在线实现预测。
[0014]进一步地，在步骤2中，还包括以下步骤：
[0015]步骤2.1，对采集到的机组信息进行降噪处理：首先对未启机时刻传感器收集到的噪音进行筛选和去除，再利用滑动平均滤波器进行降噪处理，初步判断故障柴发机组及其它机组同一工况和不同工况下增压器滑油进油压力的数值及变化趋势，初步判断故障数据特征，并初步判断影响增压器滑油进油压力变化的参数；
[0016]步骤2.2，相关性判断确定阈值判断的输入输出：确定有功功率、增压器滑油进油温度、柴油机滑油压力与增压器滑油进油压力的变化有关，为有用信息，对上述参数进行相关性判断，即分别计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，发现增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值分别与有功功率和增压器滑油进油温度高度负相关，有功功率和增压器滑油进油温度高度正相关，确定阈值输入为有功功率和增压器滑油进油温度的排列组合，阈值输出分别为增压器滑油进油压力以及增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值。
[0017]进一步地，在步骤3中，还包括以下步骤：
[0018]步骤3.1，通过大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行的工作特点来确定后续进行分析的方式：
[0019]在大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行过程中，分别在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况进行加载和减载的并联运行试验，不同功率因数在相同负载工况时有功功率不同，对应的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力和柴油机滑油压力的比值不同，因此按照不同的功率因数来进行具体分析；
[0020]步骤3.2，改进降噪方法，在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％的负载工况分别进行故障特征分析：
[0021]步骤3.2.1，改进降噪方法，将数据按照0.6、0.8和0.9的功率因数，20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况进行降噪分类：通过编程语言从采集到的数据集中提取每次试验过程中的数据，根据0.6、0.8、0.9功率因数运行工况来进行分类，在每一类数据中分别提取20％、50％、75％和90％负载情况下的增压器滑油进油压力及其它相关信息，并分别对增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值和有功功率批量进行平均化处理；
[0022]步骤3.2.2，确定故障特征分析方法：
[0023]在进行故障特征判断时，分别对比判断故障和正常数据集中相同名称对应的数据值在：
[0024]a、同种工况下的高低；
[0025]b、同种工况多次试验变化趋势；
[0026]c、同一次试验不同种工况变化情况；
[0027]d、c在多次试验过程中的变化趋势；
[0028]其中a和b能够通过改进降噪处理后的数据集来直接进行判断，在获得c之后，d能够通过多次试验获取的c直接进行判断；步骤2.2中确定了增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值分别与有功功率高度负相关，本专利技术对提取出来的、不同功率因数情况下的每次实验过程中的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴
油机滑油压力的比值分别和有功功率平均值进行线性拟合，用于判断c，拟合曲线的表达式为：
[0029]y＝ax+b
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(1)
[0030]其中，a为斜率，表征试验过程中增压器滑油进油压力和比值的变化趋势；b为截距，表征增压器滑油进油压力和比值整体大小；x为有功功率；y为增压器滑油进油压力；
[0031]步骤3.2.3，进行故障特征分析：
[0032]首先判断故障和正常数据集中相同名称对应的数据值在同种工况下的高低，再分别将步骤4处理过的多台机组在0.6、0.8、0.9功率因数，20％、50％、75％和90％负载情况下的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值、拟合曲线得到的a和b按照时间顺序进行拟合，获得拟合散点图及拟合折线图，进行趋势的分析；
[0033]分析过程中，首先对上述数据在不同功率因数下的方差进行求解，判断数据的收敛性；再对获得的拟合散点图及拟合折线图进行二次多项式拟合，拟合曲线的表达式为：
[0034]y＝a0t2+b0t+c0ꢀꢀꢀꢀ
(2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电用柴油机增压器故障预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采集机组信息，形成数据集；收集故障柴发机组及正常柴发机组从开始投入试验到故障发生时刻的所有相关运行数据，收集故障柴发机组修复后的运行数据；步骤2，处理数据，初步判断故障数据特征，判断有用信息及参数相关性从而确定多阈值表达式判断的输入和输出；步骤3，根据大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行的工作特点改进降噪方法，在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况分别进行故障特征分析及阈值确定；步骤4，汇总分析，改进阈值确定方法，获得不同工况阈值；步骤5，形成多阈值表达式，规定通过多阈值表达式对异常情况进行判断的结果，完成离线处理；步骤6，在线实现预测。2.根据权利要求1所述的发电用柴油机增压器故障预测方法，其特征在于，在步骤2中，还包括以下步骤：步骤2.1，对采集到的机组信息进行降噪处理：首先对未启机时刻传感器收集到的噪音进行筛选和去除，再利用滑动平均滤波器进行降噪处理，初步判断故障柴发机组及其它机组同一工况和不同工况下增压器滑油进油压力的数值及变化趋势，初步判断故障数据特征，并初步判断影响增压器滑油进油压力变化的参数；步骤2.2，相关性判断确定阈值判断的输入输出：确定有功功率、增压器滑油进油温度、柴油机滑油压力与增压器滑油进油压力的变化有关，为有用信息，对上述参数进行相关性判断，即分别计算皮尔逊相关系数和斯皮尔曼相关系数，发现增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值分别与有功功率和增压器滑油进油温度高度负相关，有功功率和增压器滑油进油温度高度正相关，确定阈值输入为有功功率和增压器滑油进油温度的排列组合，阈值输出分别为增压器滑油进油压力以及增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值。3.根据权利要求1所述的发电用柴油机增压器故障预测方法，其特征在于，在步骤3中，还包括以下步骤：步骤3.1，通过大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行的工作特点来确定后续进行分析的方式：在大型船舶电力系统陆上联调试验柴发机组并联运行过程中，分别在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况进行加载和减载的并联运行试验，不同功率因数在相同负载工况时有功功率不同，对应的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力和柴油机滑油压力的比值不同，因此按照不同的功率因数来进行具体分析；步骤3.2，改进降噪方法，在0.6、0.8和0.9的功率因数下按照20％、50％、75％、90％的负载工况分别进行故障特征分析：步骤3.2.1，改进降噪方法，将数据按照0.6、0.8和0.9的功率因数，20％、50％、75％、90％、75％、50％、20％的负载工况进行降噪分类：通过编程语言从采集到的数据集中提取
每次试验过程中的数据，根据0.6、0.8、0.9功率因数运行工况来进行分类，在每一类数据中分别提取20％、50％、75％和90％负载情况下的增压器滑油进油压力及其它相关信息，并分别对增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值和有功功率批量进行平均化处理；步骤3.2.2，确定故障特征分析方法：在进行故障特征判断时，分别对比判断故障和正常数据集中相同名称对应的数据值在：a、同种工况下的高低；b、同种工况多次试验变化趋势；c、同一次试验不同种工况变化情况；d、c在多次试验过程中的变化趋势；其中a和b能够通过改进降噪处理后的数据集来直接进行判断，在获得c之后，d能够通过多次试验获取的c直接进行判断；步骤2.2中确定了增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值分别与有功功率高度负相关，本发明对提取出来的、不同功率因数情况下的每次实验过程中的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值分别和有功功率平均值进行线性拟合，用于判断c，拟合曲线的表达式为：y＝ax+b
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(1)其中，a为斜率，表征试验过程中增压器滑油进油压力和比值的变化趋势；b为截距，表征增压器滑油进油压力和比值整体大小；x为有功功率；y为增压器滑油进油压力；步骤3.2.3，进行故障特征分析：首先判断故障和正常数据集中相同名称对应的数据值在同种工况下的高低，再分别将步骤4处理过的多台机组在0.6、0.8、0.9功率因数，20％、50％、75％和90％负载情况下的增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值、拟合曲线得到的a和b按照时间顺序进行拟合，获得拟合散点图及拟合折线图，进行趋势的分析；分析过程中，首先对上述数据在不同功率因数下的方差进行求解，判断数据的收敛性；再对获得的拟合散点图及拟合折线图进行二次多项式拟合，拟合曲线的表达式为：y＝a0t2+b0t+c0ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中：y为增压器滑油进油压力；t为试验次数；对该表达式进行求导，求得拟合曲线的极点位置t0，配合二次项系数来进行下降趋势的判断，不同情况下试验的次数统称为n；具体判断准则如下：若a0＞0，t0≤0，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中呈上升趋势；若a0＞0，0＜t0≤n，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中先下降后上升；若a0＞0，t0＞n，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中呈下降趋势；若a0＜0，t0≤0，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中呈下降趋势；若a0＜0，0＜t0≤n，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的
比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中先上升后下降；若a0＜0，t0＞n，则增压器滑油进油压力/增压器滑油进油压力与柴油机滑油压力的比值/拟合曲线得到的b在多次试验过程中呈上升趋势：经判断，与正常机组相比，故障机组增压器滑油进油压力、增压器滑油进油压力与柴油机滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨天诣，程垠钟，杜剑维，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司军品技术研究中心，
类型：发明
国别省市：