基于声发射的流化床故障诊断方法研究-控制工程专业论文.docx

内蒙 内蒙古科技大学硕士学位论文 III III Fluidized bed experimental platform in the laboratory to simulate the failure of hood and agglomerate, completed the signal acquisition and fault recognition algorithm of authentication, experiments show that acoustic emission technique for fluidized bed fault diagnosis has a good effect. Key Words： Gas-solid fluidized bed; Acoustic emission; Fault detection; Pattern recognition I I 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪论1 1.1 课题研究背景和意义1 1.2 故障诊断技术的发展状况2 1.2.1 流化床故障类型及其诊断难题4 1.2.2 国内外发展状况5 1.3 本论文主要内容及章节安排6 2 声发射技术及声发射信号处理方法7 2.1 声发射基本原理7 2.2 声发射技术在工业上的应用8 2.3 声发射信号的数据处理方法综述9 2.3.1 傅里叶变换10 2.3.2 小波和小波包分析12 2.3.3 EMD 分解 18 2.3.4 支持向量机22 2.4 本章小结26 3 基于小波包能量的流化床风帽故障诊断27 3.1 流化床风帽的作用27 3.2 声发射试验装置28 3.3 流化床风帽故障实验方法和结论32 3.3.1 总体方案设计32 3.3.2 实验数据分析34 3.3.3 实验结果35 3.4 本章小结39 4 流化床反应器结块故障检测40 4.1 混合智能故障诊断技术40 4.2 流化床反应器结块故障检测方法设计41 II II 4.2.1 实验设备与方法41 4.2.2 经验模态分解43 4.2.3 信息熵44 4.2.4 本征模态能量熵44 4.2.5 分类特征提取45 4.3 结块故障检测结果分析47 4.4 本章小结48 结 论49 参考文献50 附录 A 部分程序代码 54 在学研究成果56 致 谢57 内 内蒙古科技大学硕士学位论文 - - PAGE 10 - 1 绪论 1.1 课题研究背景和意义 流化床反应器是工业上广泛使用的一种装置，主要用做气-固、液-固催化及非 催化反应的反应器，其原理非常简单，主要是依靠气体或液体带动固体颗粒，从而 使固体颗粒处于一种悬浮的运动状态，实现气固相或液固相均匀反应[1]。流化床装 置在化工、石油、生物、冶金、核工业还有农业等产业均得到大规模应用。 HYPERLINK /MyLemmaInter.aspx?title=%e6%b5%81%e5%8c%96%e5%ba%8a 流化床反应器的优点： ⑴ 进料口和出料口实现固体物料的连续输入和输出，生产效率很高； ⑵ 流化运动的特点，使床层内部温度均匀，益于强放热反应； ⑶ 很好的传质效果使反应器内浓度均匀一致。 如图 1.1 所示为工业流化床反应器。 图 1.1 工业流化床反应器 根据反应过程中固体颗粒在床内流动的特点，流化床反应器又可分为循环流化 床和非循环流化床[2]。非循环流化床又称为单器流化床，其在工业上应用较为广 泛，主要用于催化剂寿命较长的气固相催化反应过程，如乙烯氧氯化反应器。循环 流化床又称双器流化床，主要用于催化剂寿命较短且容易再生的气固相催化反应过 内蒙 内蒙古科技大学硕士学位论文 程，如石油炼制工业中的催化裂化装置。 流化床反应器内部主要进行气-固、液-固动态的多相流动反应，相比于单相流 动系统，其过程参数相对复杂的多。流化床运行过程若能对物理参数进行有效的检 测，便能对流化床工作状态实施有效监控。由于流化床本身系统复杂以及工业现场 高温、高压、高湿度等苛刻的环境条件的限制，目前还缺乏合适的检测技术和手段 对床内诸多参数进行在线检测，这对实现流化床的故障预测仍有一段距离。可以 说，流化床参数的在线检测是该领域的一个难题。流化床检测过程中，流型辨识、 流化速度、粒径分布和故障诊断是几个主要方面。流型为流体流动的状态，从气速 为零开始，随着气速的提升，固体颗粒床层粒子流化状态发生改变，主要经历鼓泡 床、节涌床、湍动床、快速流化床以及气力输送等几个流型[3]。想要测量流化床的 其它参数需要对流型有一定了解，如图 1.2 所示。流化床反应器内部颗粒反应过程 中，若不能很好的对流化质量进行控制，床层中流化粒子就会产生聚集、结块的