关键设备故障预示与运行安全保障的新理论和新技术

针对国民经济和国防建设中的航空发动机、汽轮发电机组、连铸连轧机组等关键设备运行过程中的故障及可能引发的灾难性事故，提出故障预示与运行安全保障的新理论与新技术。基于故障既是状态(设备性能和状况)又是过程(故障萌生和扩展)这一本质属性，利用运行过程中机械设备的模型、状态参数、动态响应和故障征兆进行监测、诊断，深入研究设备故障预示与运行安全保障的基础科学问题和工程实用技术，包括运行状态下故障建模和动态演化机理、基于定量诊断的故障预示原理、基于特征增强的微弱故障预示技术、多故障特征提取与识别的理论和方法、基于状态信息的运行可靠性的安全保障技术。研究工作源于学科前沿和工程实际的迫切需求，提供具有普遍意义的新理论与新技术，有效提高机械设备服役性能、避免故障停机的经济损失和预防重大事故的发生，以满足机械、运载、能源、冶金、石化等国民经济行业的迫切需要，具有重要的理论意义与实用价值。

针对航空发动机、风电装备等关键设备，全面深入地研究了故障预示与运行安全保障的新理论和新技术。采用理论研究、数值仿真、试验研究和工程验证相结合的方法，开展了运行状态下故障建模和动态演化机理、基于定量诊断的故障预示原理、基于特征增强的微弱故障预示技术、多故障特征提取与识别的理论和方法、基于状态信息的运行可靠性的安全保障技术等先进的理论和方法的研究。突出的进展有：提出了旋转机械关键零部件故障动力学建模的新方法，利用模型研究多物理场故障发展与动态演化规律，揭示故障与动态响应之间的映射关系；提出了空间分组的时域信号自动快速并行跟踪扫描、定窗宽多层分类建模以及基于模型元素的数值阈与特征阈故障自动检测的集成方法，解决了此前国内外的设备健康监测与故障诊断系统不能对各类承受强冲击、频繁变速变载的复杂设备群实施并行实时跟踪监测与快速在线故障检测的问题；提出了基于滑移向量特征序列的最优带通滤波器、频带熵的最优带通滤波器、循环维纳滤波器等特征自适应增强处理方法，实现了微弱故障的早期预示；提出了基于内积变换原理的基函数匹配评价思想，通过内积变换提取动态信号中的故障特征，获得不同物理意义并符合工程实际的故障特征信息，实现科学、正确的状态监测与故障诊断；提出了多种基于机械设备运行状态的可靠性评估与剩余寿命预测方法，对航空发动机主轴承等部件可靠性以及剩余寿命进行了有效评估，揭示设备的性能退化规律，为保障设备安全可靠运行提供了可靠依据。.本项目研究成果有效地预示了机械设备故障的发生和发展并保障了设备的运行安全，有关研究成果成功应用于航空发动机、连铸连轧机组、大型风电装备、精密数控机床、舰船传动装置、电力机车走行部等装备的故障预示与评估，研制了相应的健康监测软硬件系统，达到了工程实用化程度，为关键设备故障预示与运行安全保障提供了理论与技术支持。