本發(fā)明涉及溫度報警，尤其涉及一種無油空壓機軸承溫度報警方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、無油空壓機因其產(chǎn)氣無油污染的特性，在醫(yī)療、食品、制藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。軸承作為無油空壓機的關(guān)鍵部件，其溫度狀態(tài)直接影響設(shè)備的運行安全和使用壽命。現(xiàn)有的無油空壓機軸承溫度報警方法主要采用在軸承外殼固定位置安裝溫度傳感器或使用紅外測溫裝置定期檢測的方式。然而，由于無油空壓機特有的防污染密封結(jié)構(gòu)形成了復雜的熱傳遞路徑，熱量在密封結(jié)構(gòu)內(nèi)易形成局部高溫區(qū)域，而這些區(qū)域往往不在傳統(tǒng)固定位置溫度監(jiān)測點的覆蓋范圍內(nèi)。當熱量在密封迷宮結(jié)構(gòu)附近聚集時，軸承可能已經(jīng)處于危險溫度范圍而監(jiān)測系統(tǒng)仍未能及時發(fā)現(xiàn)，導致軸承早期損傷風險被掩蓋，嚴重影響設(shè)備的可靠性和安全性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于解決現(xiàn)有無油空壓機軸承溫度報警方法無法精確捕捉防污染密封結(jié)構(gòu)導致的軸承局部熱異常區(qū)的技術(shù)問題；

2、本發(fā)明第一方面提供了一種無油空壓機軸承溫度報警方法，所述無油空壓機軸承溫度報警方法包括：

3、通過無油空壓機的密封結(jié)構(gòu)中預(yù)先布置的微型熱電偶陣列采集不同工況下的溫升速率數(shù)據(jù)、熱流密度數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，得到密封結(jié)構(gòu)的熱流特性數(shù)據(jù)集；

4、根據(jù)所述熱流特性數(shù)據(jù)集計算微型熱電偶陣列中相鄰測點間的溫度梯度變化，并結(jié)合密封結(jié)構(gòu)的幾何特性和材料熱物理參數(shù)分析熱量在密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的累積趨勢，得到三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)；

5、根據(jù)所述三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)構(gòu)建密封結(jié)構(gòu)與軸承系統(tǒng)的熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型，通過所述熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型確定軸承潛在熱異常區(qū)的固定監(jiān)測點和動態(tài)監(jiān)測點的位置，得到監(jiān)測點布置方案；

6、根據(jù)所述監(jiān)測點布置方案在軸承潛在熱異常區(qū)安裝溫度監(jiān)測裝置采集軸承溫度數(shù)據(jù)，從軸承溫度數(shù)據(jù)中提取熱分布變化特征，并基于所述熱分布變化特征識別密封結(jié)構(gòu)中的非正常熱流動模式，得到軸承熱異常診斷結(jié)果，基于所述軸承熱異常診斷結(jié)果進行溫度報警。

7、可選的，在本發(fā)明第一方面的第一種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述熱流特性數(shù)據(jù)集計算微型熱電偶陣列中相鄰測點間的溫度梯度變化，并結(jié)合密封結(jié)構(gòu)的幾何特性和材料熱物理參數(shù)分析熱量在密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的累積趨勢，得到三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)包括：

8、通過時序數(shù)據(jù)平滑濾波對所述溫升速率數(shù)據(jù)消除噪聲，得到濾波后的溫升場數(shù)據(jù)；

9、根據(jù)所述溫升場數(shù)據(jù)和所述熱流密度數(shù)據(jù)計算微型熱電偶陣列中相鄰測點的溫度梯度矢量及變化率，并結(jié)合所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行溫度場修正，得到初步溫度分布模型；

10、結(jié)合所述初步溫度分布模型、密封結(jié)構(gòu)的幾何特性建立傳熱微分方程，采用有限元分析求解傳熱微分方程，得到密封結(jié)構(gòu)內(nèi)部的連續(xù)溫度場；

11、對所述連續(xù)溫度場和熱流密度數(shù)據(jù)識別溫度梯度突變區(qū)域和熱流密度異常區(qū)域，并結(jié)合材料熱物理參數(shù)計算每個溫度梯度突變區(qū)域和熱流密度異常區(qū)域的熱量累積指數(shù)，得到三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)。

12、可選的，在本發(fā)明第一方面的第二種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述溫升場數(shù)據(jù)和所述熱流密度數(shù)據(jù)計算微型熱電偶陣列中相鄰測點的溫度梯度矢量及變化率，并結(jié)合所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行溫度場修正，得到初步溫度分布模型包括：

13、根據(jù)所述溫升場數(shù)據(jù)對每個測點的溫度值在微型熱電偶陣列的三維空間坐標系中進行空間映射，得到初始溫度空間分布圖；

14、對所述初始溫度空間分布圖中相鄰測點的溫度值計算溫度梯度矢量，采用中心差分法計算每個測點沿x、y、z三個方向的溫度變化率，得到溫度梯度向量場；

15、根據(jù)所述熱流密度數(shù)據(jù)與溫度梯度向量場的對應(yīng)關(guān)系，采用最小二乘法計算密封結(jié)構(gòu)各區(qū)域的等效熱導率，建立熱流-溫度關(guān)系模型；

16、利用所述環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)對熱流-溫度關(guān)系模型進行修正，得到初步溫度分布模型。

17、可選的，在本發(fā)明第一方面的第三種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)構(gòu)建密封結(jié)構(gòu)與軸承系統(tǒng)的熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型，通過所述熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型確定軸承潛在熱異常區(qū)的固定監(jiān)測點和動態(tài)監(jiān)測點的位置，得到監(jiān)測點布置方案包括：

18、根據(jù)所述三維熱點分布圖對密封結(jié)構(gòu)內(nèi)熱點進行聚類分析，基于聚類分析的結(jié)果將相近熱點合并為熱區(qū)，并根據(jù)所述熱累積率數(shù)據(jù)計算每個熱區(qū)的熱流傳播方向和速率，得到熱區(qū)影響地圖；

19、根據(jù)所述熱區(qū)影響地圖和密封結(jié)構(gòu)與軸承系統(tǒng)的幾何關(guān)系構(gòu)建有向圖形式的熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型，其中節(jié)點表示熱區(qū)，邊表示熱量傳遞路徑，權(quán)重表示熱傳導系數(shù)；

20、對所述熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型進行關(guān)鍵路徑分析，計算從各熱區(qū)到軸承關(guān)鍵部位的熱量傳播時間和熱衰減系數(shù)，并基于熱量傳播時間和熱衰減系數(shù)對各熱區(qū)按照對軸承溫度影響程度進行排序，得到熱區(qū)重要性排序表；

21、根據(jù)所述熱區(qū)重要性排序表確定軸承潛在熱異常區(qū)的固定監(jiān)測點和動態(tài)監(jiān)測點的位置，得到監(jiān)測點布置方案。

22、可選的，在本發(fā)明第一方面的第四種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述熱區(qū)重要性排序表確定軸承潛在熱異常區(qū)的固定監(jiān)測點和動態(tài)監(jiān)測點的位置，得到監(jiān)測點布置方案包括：

23、根據(jù)所述熱區(qū)重要性排序表對熱區(qū)進行分級，并計算每級熱區(qū)的覆蓋半徑，得到熱區(qū)分級表；

24、對所述熱區(qū)分級表中的高級熱區(qū)進行位置穩(wěn)定性分析，計算每個高級熱區(qū)在不同工況下位置偏移的標準差，并根據(jù)位置偏移的標準差將高級熱區(qū)劃分為穩(wěn)定熱區(qū)和變動熱區(qū)；

25、根據(jù)所述穩(wěn)定熱區(qū)的位置設(shè)置固定監(jiān)測點，采用集合覆蓋算法優(yōu)化固定監(jiān)測點數(shù)量，使每個穩(wěn)定熱區(qū)至少被一個固定監(jiān)測點覆蓋，同時最小化固定監(jiān)測點總數(shù)，得到固定監(jiān)測點布置方案；

26、根據(jù)變動熱區(qū)的移動范圍和變化頻率對所述變動熱區(qū)設(shè)置動態(tài)監(jiān)測點，得到動態(tài)監(jiān)測點布置方案，并將固定監(jiān)測點布置方案與動態(tài)監(jiān)測點布置方案整合形成監(jiān)測點布置方案。

27、可選的，在本發(fā)明第一方面的第五種實現(xiàn)方式中，所述根據(jù)所述監(jiān)測點布置方案在軸承潛在熱異常區(qū)安裝溫度監(jiān)測裝置采集軸承溫度數(shù)據(jù)，從軸承溫度數(shù)據(jù)中提取熱分布變化特征，并基于所述熱分布變化特征識別密封結(jié)構(gòu)中的非正常熱流動模式，得到軸承熱異常診斷結(jié)果包括：

28、根據(jù)所述監(jiān)測點布置方案在軸承潛在熱異常區(qū)安裝溫度監(jiān)測裝置采集軸承溫度數(shù)據(jù)；

29、通過小波變換對所述軸承溫度數(shù)據(jù)進行多尺度分解，提取軸承溫度數(shù)據(jù)的頻域特征和時域特征，得到軸承溫度變化特征向量；

30、根據(jù)所述軸承溫度變化特征向量構(gòu)建密封結(jié)構(gòu)的熱流狀態(tài)矩陣，并與預(yù)先設(shè)定的正常熱流模式模板進行相似度計算，得到熱流異常度指標；

31、對所述熱流異常度指標結(jié)合設(shè)備運行工況參數(shù)進行多變量分析，采用基于密封結(jié)構(gòu)特性的故障模式識別算法對異常模式進行分類，并計算軸承熱損傷風險評估指數(shù)，得到軸承熱異常診斷結(jié)果，基于所述軸承熱異常診斷結(jié)果進行溫度報警。

32、可選的，在本發(fā)明第一方面的第六種實現(xiàn)方式中，所述對所述熱流異常度指標結(jié)合設(shè)備運行工況參數(shù)進行多變量分析，采用基于密封結(jié)構(gòu)特性的故障模式識別算法對異常模式進行分類，并計算軸承熱損傷風險評估指數(shù)，得到軸承熱異常診斷結(jié)果包括：

33、利用所述三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)結(jié)合不同工況下的工況參數(shù)構(gòu)建高維特征空間，并根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性將特征空間中的數(shù)據(jù)點進行預(yù)分類，形成工況相關(guān)的基準熱流異常模式庫；

34、將所述熱流異常度指標與當前工況參數(shù)組合后在所構(gòu)建的高維特征空間中進行定位，并與所述基準熱流異常模式庫中各模式計算馬氏距離，選取距離最近的異常模式作為異常模式分類結(jié)果；

35、基于所述異常模式分類結(jié)果和熱流路徑網(wǎng)絡(luò)模型，對熱量沿熱流路徑向軸承傳遞的過程進行仿真，預(yù)測軸承各部位的溫度變化趨勢，并根據(jù)軸承的熱耐受特性計算熱損傷風險評估指數(shù)，得到軸承熱異常診斷結(jié)果，基于所述軸承熱異常診斷結(jié)果進行溫度報警。

36、本發(fā)明第二方面提供了一種無油空壓機軸承溫度報警裝置，所述無油空壓機軸承溫度報警裝置包括：

37、數(shù)據(jù)采集模塊，用于通過無油空壓機的密封結(jié)構(gòu)中預(yù)先布置的微型熱電偶陣列采集不同工況下的溫升速率數(shù)據(jù)、熱流密度數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，得到密封結(jié)構(gòu)的熱流特性數(shù)據(jù)集；

38、熱點映射模塊，用于根據(jù)所述熱流特性數(shù)據(jù)集計算微型熱電偶陣列中相鄰測點間的溫度梯度變化，并結(jié)合密封結(jié)構(gòu)的幾何特性和材料熱物理參數(shù)分析熱量在密封結(jié)構(gòu)內(nèi)的累積趨勢，得到三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)；

39、監(jiān)測布置模塊，用于根據(jù)所述三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)構(gòu)建密封結(jié)構(gòu)與軸承系統(tǒng)的熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型，通過所述熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型確定軸承潛在熱異常區(qū)的固定監(jiān)測點和動態(tài)監(jiān)測點的位置，得到監(jiān)測點布置方案；

40、熱異常診斷模塊，用于根據(jù)所述監(jiān)測點布置方案在軸承潛在熱異常區(qū)安裝溫度監(jiān)測裝置采集軸承溫度數(shù)據(jù)，從軸承溫度數(shù)據(jù)中提取熱分布變化特征，并基于所述熱分布變化特征識別密封結(jié)構(gòu)中的非正常熱流動模式，得到軸承熱異常診斷結(jié)果，基于所述軸承熱異常診斷結(jié)果進行溫度報警。

41、上述無油空壓機軸承溫度報警方法及裝置，通過密封結(jié)構(gòu)中的微型熱電偶陣列采集不同工況下溫升速率、熱流密度及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，獲取熱流特性數(shù)據(jù)集；基于該數(shù)據(jù)集計算相鄰測點間溫度梯度變化，結(jié)合密封結(jié)構(gòu)幾何特性和材料熱物理參數(shù)分析熱量累積趨勢，生成三維熱點分布圖及熱累積率數(shù)據(jù)；根據(jù)熱點分布圖和熱累積率數(shù)據(jù)構(gòu)建密封結(jié)構(gòu)與軸承系統(tǒng)熱路徑網(wǎng)絡(luò)模型，確定軸承潛在熱異常區(qū)的監(jiān)測點位置；根據(jù)監(jiān)測點布置方案在軸承潛在熱異常區(qū)安裝溫度監(jiān)測裝置，采集溫度數(shù)據(jù)并提取熱分布變化特征，識別密封結(jié)構(gòu)中非正常熱流動模式。本發(fā)明能夠精確捕捉密封結(jié)構(gòu)導致的軸承局部熱異常區(qū)，防止熱點盲區(qū)引起軸承早期失效。

42、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

43、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。