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燃气轮机性能退化及趋势预测技术研究

孙跃武  
【摘要】:由于恶劣和多变的工作环境,使得燃气轮机在运行一段时间后,部件性能会逐渐退化,进而对整机性能产生影响,不但会使燃气轮机的经济性下降,还会对燃气轮机的可靠性和安全性造成影响。为了制定科学合理的燃气轮机维护策略,开展燃气轮机性能退化及趋势预测技术研究具有十分重要的现实意义。论文针对燃气轮机运行过程中气路部件出现的性能退化问题和相关性能退化趋势预测技术进行研究,主要工作如下:(1)燃气轮机气路退化建模方法研究。燃气轮机气路部件发生性能退化后,部件的性能参数会随之变化,从而使燃气轮机总体性能退化,燃气轮机可测参数也会随之发生变化。为了在缺乏实验数据的情况下获取燃气轮机性能退化过程中测量参数的变化趋势,用以分析预测燃气轮机未来的性能退化程度,因此,需建立燃气轮机气路退化模型,得到气路退化过程中燃气轮机性能参数变化趋势和可测参数变化趋势之间的关系模型。首先对燃气轮机各气路部件热力学参数关系式进行了小偏差线性化处理,然后分离出性能退化发生时性能参数变化的独立变化量,结合各部件的绝对流量平衡、功率平衡、压比平衡等一系列平衡关系,最终建立测量参数偏差和性能参数偏差的数学模型。(2)压气机退化引起的燃气轮机性能变化仿真研究。压气机积垢是导致燃气轮机性能退化最常见的原因,而且压气机积垢为软退化,有连续的退化轨迹,有实现积垢程度预测的可行性。论文对燃气轮机压气机积垢产生的机理、积垢污染源、压气机积垢敏感性和积垢对燃气轮机部件性能的影响进行了分析和总结,建立了压气机积垢过程性能退化模型,通过仿真模拟得到了压气机积垢过程中燃气轮机测量参数的退化规律。(3)基于时间序列模型的单参数性能退化预测研究。本文研究了基于时间序列模型的单参数法在排气温度、燃油流量、低压压气机效率和低压压气机压比趋势预测中的应用。利用Eviews6.0软件建立了排气温度、燃油流量、低压压气机效率和低压压气机压比时间序列ARIMA模型,运用所建的时间序列ARIMA模型实现了对排气温度、燃油流量、低压压气机效率和低压压气机压比趋势的预测,进而预测出了燃气轮机未来的清洗时刻。(4)基于支持向量机的多参数性能退化预测研究。本文研究了基于支持向量机的多参数和单参数法在实时预测燃气轮机排气温度、燃油流量、低压压气机效率和低压压气机压比趋势中的应用。首先,通过对不同数据样本下基于单参数和多参数的排气温度趋势预测结果分析,得出实际过程中综合采用基于多参数和单参数的预测方法。在此基础上采用综合单参数和多参数的趋势预测方法实时预测出下一时刻是否为燃气轮机的清洗时刻。


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