船用燃氣輪機氣路診斷技術研究.pdf

1、船用燃氣輪機工作在海洋環(huán)境下，除了遭受高溫、高壓、高轉速及高應力的惡劣工作條件外，空氣中的鹽霧也會污染和腐蝕燃氣輪機通流部分，其氣路部件性能會逐漸衰退老化，容易導致各種嚴重的故障發(fā)生。因此，對于船用燃氣輪機用戶來說，當前機組的性能健康狀況是極為重要的信息。當氣路部件發(fā)生性能退化時且在嚴重故障產生前，部件的實際性能衰退情況是不易監(jiān)測預見的。本文在總結國內外燃氣輪機氣路診斷技術研究現(xiàn)狀的基礎上，開展了船用燃氣輪機氣路診斷技術研究。氣路診斷技

2、術可以幫助用戶制定更為準確詳細的維修策略，從而減小停機時間、節(jié)省維修成本、提高機組利用率與可靠性。
　　本文主要從非線性氣路診斷方法出發(fā)研究解決基于熱力模型決策的燃氣輪機氣路診斷方法中的幾個關鍵技術問題，包括以燃氣輪機性能分析和氣路診斷為目的的高精度熱力模型建立、診斷精度易受環(huán)境條件（大氣壓力、溫度和相對濕度）及操作控制條件變化影響的問題、參與診斷部件數(shù)目增多及測量噪聲干擾而導致氣路診斷可靠性低的問題、診斷準確性高度依賴氣路傳感器

3、可靠性的問題，針對這些問題提出相應的解決方法，并將這些方法應用到船用三軸燃氣輪機氣路診斷中，本文研究的具體內容如下:
　　首先，建立高精度船用燃氣輪機熱力性能模型。基于美國NIST網站數(shù)據(jù)庫標準編制空氣和燃氣的工質熱物性計算程序;建立適用于不同工質組分情況下特性計算的部件級全非線性熱力模型，為提出簡單有效的部件特性線修正方法和氣路診斷方法提供基礎;提出一種基于粒子群優(yōu)化算法辨識的部件特性線修正方法，適用于對一套同一型號燃氣輪機的部

4、件特性線修正和對已有的其他型號燃氣輪機的部件特性線修正這兩種常見情況，使修正后的熱力模型部件特性線與實際目標燃氣輪機的真實部件特性線相匹配，以提高熱力計算精度，為準確的機組性能分析和氣路診斷打下基礎。
　　其次，解決診斷精度易受環(huán)境條件及操作條件變化影響的問題。用相似折合參數(shù)重新定義壓氣機和透平的氣路健康參數(shù)，消除由于環(huán)境條件（大氣壓力、溫度和相對濕度）變化而導致機組運行性能變化對診斷結果的影響，并以部件健康參數(shù)直接作為自變量參數(shù)

5、，以氣路實測參數(shù)作為目標參數(shù)，在典型非線性氣路診斷方法的基礎上采用了改進型的非線性氣路診斷方法，作為船用燃氣輪機氣路診斷方法研究的主體架構。
　　接著，解決參與診斷部件數(shù)目增多及測量噪聲干擾而導致氣路診斷可靠性低的問題。為了更有效的識別、隔離性能衰退的部件，并準確地量化衰退程度，提出一種基于熱力模型與粒子群優(yōu)化算法相結合的非線性氣路診斷方法，從全局優(yōu)化的角度來改善氣路診斷結果的準確性。同時，為了增強氣路診斷的準確性并兼顧診斷計算實

6、時性，借鑒模式識別技術的優(yōu)點，從故障系數(shù)矩陣降維的角度來改善診斷結果的準確性，提出一種基于灰色關聯(lián)理論與熱力模型相結合的混合型非線性氣路診斷方法。該方法包括兩步:第一步是通過自適應灰色關聯(lián)算法識別、隔離發(fā)生性能衰退的部件，從而實現(xiàn)故障系數(shù)矩陣的降維（即確定了待診斷的實際氣路部件健康參數(shù)的子集）;第二步，通過改進型非線性氣路診斷方法量化被隔離部件的性能衰退程度，用以評估目標燃氣輪機實際的性能健康狀況。
　　最后，解決診斷準確性高度依

7、賴氣路傳感器可靠性的問題。通常，準確的氣路測量信息對于獲取準確的衰退特征從而實現(xiàn)準確的氣路診斷至關重要。由于氣路側的傳感器同部件一樣工作在高溫、高壓、高應力的惡劣環(huán)境中，其性能也可能會衰退甚至發(fā)生故障，此時會產生一定的測量偏差，易引起誤導性的診斷結果。針對上述問題，為了仍能有效的識別、隔離性能衰退的部件，并準確地量化部件性能衰退程度，采用一種基于高斯數(shù)據(jù)調和原理與多運行工況點相結合的非線性氣路診斷方法，來降低部件健康參數(shù)對傳感器測量偏差