船用三轴燃气轮机热力性能监测及状态评估技术研究

摘要

燃气轮机的结构紧凑,部件形状复杂,工作环境难以保证,轻微的损伤可能导致其性能明显下降,对其安全性带来巨大隐患。为满足在航空、航海、陆地战车、能源与动力工程等领域的高效率、高推重比、低噪音、低排放、平稳运行等要求,需要对运行中的燃气轮机进行热力参数监测,评估其性能状态,保证不发生重大事故,维持燃机的正常稳定运行。
　　本文首先研究了压气机特性曲线,根据文献提供的特性曲线离散点信息,运用系数拟合方法对压气机特性曲线进行插值拟合,求出特性拟合数学关系式,并将插值拟合结果与文献数据进行了对比分析,发现该方法不仅原理简单、计算过程易于实现,而且具有较高的精度,适用于一般性的研究及工程需要,该结果可以用于仿真建模中压气机与涡轮的特性曲线模块。
　　其次,利用上文拟合的特性曲线结果,以模块化建模思想为指导,基于MATLAB中Simulink仿真平台,建立包括压气机、涡轮、燃烧室、转子及纯容积模块为主要功能模块的三轴燃气轮机仿真模型,并验证了该模型具有良好的收敛性。事实证明该仿真建模能够较好的反映出燃机的实际工作状态,可以为后续评估体系建立提供数据支持。
　　再次,基于单参数评估理论,引入模糊数学原理,分别从燃油经济性、性能健康状态、安全性因素三个方面考虑,得出燃机在不同方面表现出的状态特征,引入权重思想将上述三种因素集综合,建立整机综合评估体系。并定性的提出了一种基于预测方法的趋势评估准则。
　　最后,根据实际提供的资源信息,重新规划建立符合实际需求的整机评估体系,该评估体系由状态评估与故障诊断两部分组成。其中状态评估模块是根据三轴燃气轮机结构特点,将其分为以效率变化率为评估参量的动力涡轮评估模块和以排气温度为控制变量的燃气发生器评估模块,引入权值将两模块结果综合;故障诊断模块由动力涡轮故障判断模块和以小偏差方程系数矩阵为核心的燃气发生器转子系统故障发生位置确定模块组成。利用仿真模型模拟故障发生位置,提供相关数据,进行结果验证。事实证明该评估体系结果比较满意,在测点信息严重缺失的情况下,该评估体系可以完成燃气轮机的状态评估与故障位置识别。

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目录

第1章 绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的背景和意义

1.3国内外在该方向的研究现状及分析

1.4本文主要研究内容

第2章 特性曲线拟合

2.1引言

2.2压气机特性曲线拟合

2.3二步一元拟合结果验证

2.4本章小结

第3章 三轴燃气轮机仿真

3.1三轴燃气轮机结构简介

3.2模块化建模

3.3故障植入方式

3.4部件物理模型及数学仿真模型

3.5三轴燃气轮机的稳态仿真结果验证

3.6本章小结

第4章 理想状态整机评估体系

4.1引言

4.2整机评估系统

4.3趋势项分析问题拓展

4.4本章小结

第5章 实际状态整机评估体系

5.1引言

5.2实际状态燃机整机评估的基本思想

5.3动力涡轮评估

5.4燃气发生器评估

5.5小偏差方程建立

5.6燃气发生器中故障位置确定

5.7整体评估流程

5.8结果验证分析

5.9本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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