引言

　　旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指主要功能由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作來(lái)完成的機(jī)械，尤其是指轉(zhuǎn)速較高的機(jī)械。它分為動(dòng)力機(jī)械(渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、齒輪泵等)、過(guò)程機(jī)械(離心式分離機(jī)等)和加工機(jī)械(車(chē)床、磨床等)。從旋轉(zhuǎn)機(jī)械的檢修歷史和現(xiàn)狀來(lái)看，檢修方式大致分為發(fā)生事故停機(jī)檢修、定期停機(jī)檢修(預(yù)防性維修)、預(yù)測(cè)維修(狀態(tài)維修或視情維修)這幾種。首先以煙氣輪機(jī)為例，闡述了預(yù)測(cè)維護(hù)的重要性;然后將現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障預(yù)測(cè)方法整體分為定性分析法和定量分析法兩大類(lèi)，分別介紹了各種方法的實(shí)際應(yīng)用情況;最后，探討了旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障預(yù)測(cè)技術(shù)的難點(diǎn)問(wèn)題以及發(fā)展趨勢(shì)。

　　一、故障預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)與比較

　　1.1 預(yù)測(cè)維修的意義

　　煙氣輪機(jī)將催化裂化過(guò)程中產(chǎn)生的廢煙氣中所具有的壓力能和熱能經(jīng)煙氣輪機(jī)的膨脹做功化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)軸流式空氣壓縮機(jī)或給發(fā)電機(jī)提供動(dòng)能，達(dá)到能量回收的目的。美國(guó)研制的世界上第一臺(tái)煙氣輪機(jī)于1963年投人生產(chǎn)運(yùn)行，中國(guó)第一臺(tái)自主創(chuàng)新的煙氣輪機(jī)于1978年成功投入運(yùn)行。 30多年來(lái)，我國(guó)累計(jì)生產(chǎn)的煙氣輪機(jī)總共節(jié)電約275×105kw·h，價(jià)值約合人民幣138億元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。然而，煙氣輪機(jī)的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，轉(zhuǎn)子磨損、催化劑粉塵堆積、殼體變形和儀表失靈等都有可能導(dǎo)致故障的發(fā)生。

　　國(guó)內(nèi)大多數(shù)煉油廠的煙氣輪機(jī)幾乎都發(fā)生過(guò)嚴(yán)重事故。例如，中石化集團(tuán)公司曾經(jīng)1年中就有39臺(tái)煙氣輪機(jī)因故障停機(jī)達(dá)51次，停機(jī)時(shí)間累計(jì)9 0l4h ，損失巨大。此外，煙氣輪機(jī)通過(guò)回收利用廢煙氣，在環(huán)保方面也發(fā)揮著舉足輕重的作用。因此，保證煙氣輪機(jī)的平穩(wěn)正常運(yùn)行成為了煉化企業(yè)的重要工作之一。目前，采用的維修策略基本上都是預(yù)防性維修，即“定期大修”體制，煙氣輪機(jī)一般不到一年就要大修一次。煙氣輪機(jī)的預(yù)測(cè)維護(hù)能夠按照狀態(tài)監(jiān)測(cè)情況及時(shí)準(zhǔn)備維修部件，安排維修計(jì)劃。其完善的診斷能力可準(zhǔn)確指出故障類(lèi)型和故障部位，避免了維修的盲目性，縮短了維修工期，可減少災(zāi)難性事故的發(fā)生，提高催化裂化裝置的安全運(yùn)行率，從而帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

　　1.2 故障預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)

　　預(yù)測(cè)維修的關(guān)鍵技術(shù)是故障預(yù)測(cè)，缺乏有效的故障預(yù)測(cè)方法已成為推廣預(yù)測(cè)維護(hù)技術(shù)的一個(gè)瓶頸。故障預(yù)測(cè)方法整體分為兩大類(lèi)，即定性分析的方法和定量分析的方法。現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障預(yù)測(cè)方法分類(lèi)如圖1所示。

?

　　基于數(shù)據(jù)的方法包括自回歸預(yù)測(cè)、灰色預(yù)測(cè)、多層遞階方法、混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)、隱馬爾科夫模型、機(jī)器學(xué)習(xí)(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī) )和統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控方法等。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)理模型難以建立，同時(shí)專(zhuān)家知識(shí)也難以獲取，這些都不利于我們對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行故障預(yù)測(cè)?；跀?shù)據(jù)的方法完全從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)出發(fā)，挖掘數(shù)據(jù)中的隱含信息，具有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。這類(lèi)方法適用范圍最廣、成本最小。因此，基于數(shù)據(jù)的方法最為實(shí)用，它已成為故障診斷與預(yù)測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

　　基于模型的方法包括基于濾波器的故障預(yù)測(cè)方法以及基于故障機(jī)理建模的方法等。這類(lèi)方法具有深入對(duì)象本質(zhì)性質(zhì)的特點(diǎn)，能夠很好地跟蹤系統(tǒng)的變化趨勢(shì)。當(dāng)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確時(shí)，能得到準(zhǔn)確的故障預(yù)測(cè)結(jié)果。但工程上針對(duì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此，這類(lèi)方法的適用范圍最小、成本最高。

　　基于知識(shí)的方法包括專(zhuān)家系統(tǒng)和模糊邏輯等。這類(lèi)方法的優(yōu)勢(shì)是能夠利用現(xiàn)有的專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而不需要已知非常精確的數(shù)學(xué)模型。因此，它在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是此類(lèi)方法的不足是知識(shí)獲取較困難。

　　旋轉(zhuǎn)機(jī)械基于數(shù)據(jù)、基于知識(shí)和基于模型的方法在適用性范圍、成本和準(zhǔn)確度等性能方面的比較如圖2所示。

?