基于模型的三軸燃氣輪機氣路故障診斷研究.pdf

1、隨著燃氣輪機在航空、艦船和能源工業(yè)中扮演著越來越重要的角色，它們的安全和高效運行對航空、艦船、電力系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性影響也越來越重要。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，工作條件的惡劣，使得燃氣輪機極易發(fā)生故障。燃氣輪機氣路故障診斷研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　GT25000型燃氣輪機是工業(yè)/船用三軸燃氣輪機，目前已實現(xiàn)國產(chǎn)化，其改型燃機在國內(nèi)工業(yè)發(fā)電以及西氣東輸?shù)软椖恐袕V泛應(yīng)用。本文以GT25000為原型的三軸燃氣輪機為研究對象，圍繞基于

2、模型的三軸燃氣輪機氣路故障診斷進行研究。
　　首先，采用模塊化思想，建立了基于Matlab/Simulink的三軸燃氣輪機模型，其中考慮了燃氣組分，抽氣冷卻，熱物性隨溫度的變化，容積慣性等因素，保證了模型仿真精度。通過設(shè)計點穩(wěn)態(tài)循環(huán)熱力計算為模型提供必要的仿真參數(shù)。模型在設(shè)計工況附近動態(tài)仿真仿真結(jié)果與三軸燃氣輪機真實運行情況基本吻合，保證了使用該模型進行燃機氣路故障診斷的可信度。
　　其次，參考非線性模型線性化的擬合法，提出

3、對小擾動法建模時的擾動量進行優(yōu)化的方法，不僅能夠提高線性化建模的精度，而且此方法優(yōu)化時并不改變系統(tǒng)矩陣元素原本的物理意義，優(yōu)化后的結(jié)果可直接應(yīng)用于狀態(tài)擴展后的線性氣路故障模型的建立。在建立了精確線性模型的基礎(chǔ)上，將健康參數(shù)增廣到系統(tǒng)狀態(tài)中，建立了可以描述三軸燃氣輪機部件性能蛻化的線性故障模型。經(jīng)過離散化處理，線性故障模型可直接應(yīng)用于自適應(yīng)濾波器。
　　再次，分別利用擴展卡爾曼濾波器和強跟蹤濾波器對三軸燃氣輪機漸變型和快變型氣路故障

4、進行診斷，實現(xiàn)了對部分氣路部件性能參數(shù)的準確跟蹤。進一步的仿真結(jié)果驗證了強跟蹤濾波器準確、快速的跟蹤性能。在已有的三軸燃氣輪機模型和診斷系統(tǒng)測量選擇基礎(chǔ)上，兩種濾波器均只能對部分性能參數(shù)實現(xiàn)準確跟蹤，但無法完成全部部件健康參數(shù)的估計，這里涉及到診斷系統(tǒng)能觀性的問題。
　　最后，分別通過基于奇異值分解（SVD）的方法和線性故障模型仿真的方法，對不同氣路故障診斷系統(tǒng)的能觀性進行了檢測和分析，并得到比較一致的分析結(jié)果。隨后利用不同的診斷