燃气轮机启动过程故障诊断

发布时间：2017-10-25 19:07

  本文关键词：燃气轮机启动过程故障诊断

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【摘要】：目前,燃气轮机设备在航空、航海、工业等领域具有越来越广的应用。燃气轮机发电也已成为电力发展的重要趋势。燃气轮机工作在高温高压高转速的环境下,容易发生故障。而对于转速和温度都在大范围变化的启动过程来说,故障更易发生。目前,对燃气轮机进行故障诊断已经成为保证燃气轮机安全运行的重要手段。若能对燃气轮机的启动过程进行故障诊断,就能对燃机安全启动产生保障。对燃气轮机的诊断需要建立在大量数据的基础上,然而对于启动过程来说,能获得的故障数据量少,而且比较单一。若能用数学模型仿真的方法获取故障数据,就能获得大量故障样本,对故障诊断算法进行更深入的研究。本文在研究启动过程物理规律的基础上,建立了可以仿真燃气轮机启动过程的全工况模型,并在模型内部设置故障,仿真了启动过程可能发生的热悬挂、喘振和点火失败故障,对启动过程典型故障从机理上进行了深入的研究。设定不同的故障程度并选取了喘振裕度、系统转速、加速度、启动时间和燃料空气比这几个故障指标进行计算,获知了故障程度对启动过的程影响趋势。随后在上述研究的基础上,进行了基于序列片段提取的故障诊断工作,证明了该算法的有效性。最后,对于启动过程可能发生的一类故障——热悬挂故障,进行了控制策略设计。仿真结果表明,设计的三种控制算法均能有效避免热悬挂故障的发生。
【关键词】：燃气轮机启动过程 建模仿真 故障诊断
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK478
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 燃气轮机故障诊断研究现状10
• 1.2.2 燃气轮机启动过程建模研究现状10-13
• 1.2.3 燃机启动过程故障诊断研究现状13
• 1.2.4 国内外研究现状简析13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 燃气轮机启动过程建模仿真16-55
• 2.1 引言16
• 2.2 燃气轮机全工况模型建模存在的问题16-23
• 2.2.1 燃气轮机模型介绍16-22
• 2.2.2 全工况建模存在的问题22-23
• 2.2.3 本文主要解决的建模问题23
• 2.3 燃气轮机低转速特性建模23-35
• 2.3.1 考虑IGV影响的压气机低转速建模23-32
• 2.3.2 考虑膨胀比分配规律的透平低转速建模32-34
• 2.3.3 起动机及负载模块建模34-35
• 2.4 燃气轮机模型各稳态工况仿真35-39
• 2.4.1 设计工况仿真35-37
• 2.4.2 额定空载工况仿真37
• 2.4.3 低转速稳态工作点仿真37-38
• 2.4.4 加载过程变负荷工况仿真38-39
• 2.5 燃气轮机启动过程仿真39-50
• 2.5.1 启动过程简介39-41
• 2.5.2 启动过程主要参数设定41-45
• 2.5.3 启动过程仿真及结果分析45-50
• 2.6 加载及停机过程仿真50-52
• 2.6.1 加载过程50-51
• 2.6.2 停机过程51-52
• 2.7 模型的实际数据校验52-54
• 2.8 本章小结54-55
• 第3章 燃气轮机启动过程故障仿真55-73
• 3.1 引言55
• 3.2 启动过程典型故障简介及特征分析55-58
• 3.2.1 热悬挂故障56-57
• 3.2.2 喘振故障57
• 3.2.3 点火失败57-58
• 3.3 热悬挂故障仿真58-69
• 3.3.1 压气机效率降低58-61
• 3.3.2 IGV控制规律不当61-63
• 3.3.3 燃料热值变化63-69
• 3.4 喘振故障仿真69-70
• 3.5 点火失败故障仿真70-72
• 3.6 本章小结72-73
• 第4章 燃气轮机启动故障特征提取及诊断73-92
• 4.1 引言73
• 4.2 启动过程典型故障特征选取73-75
• 4.2.1 喘振裕度73-74
• 4.2.2 机组速度、加速度及启动时间74
• 4.2.3 燃料空气比74-75
• 4.3 启动过程典型故障特征分析结果75-82
• 4.3.1 压气机效率下降75-76
• 4.3.2 IGV控制不当76-78
• 4.3.3 燃料热值波动78-81
• 4.3.4 透平阻力增加81-82
• 4.4 燃气轮机启动过程故障诊断82-91
• 4.4.1 故障诊断样本选取83-86
• 4.4.2 启动过程特征参数选取86-88
• 4.4.3 基于序列整体的启动过程故障诊断88-89
• 4.4.4 基于序列片段提取的启动过程故障诊断89-91
• 4.4.5 故障诊断结果分析91
• 4.5 本章小结91-92
• 第5章 燃气轮机启动过程控制92-110
• 5.1 引言92
• 5.2 参数选取及分析92-95
• 5.3 基于燃料流量的控制对策95-100
• 5.3.1 控制原理简介及方案设计95-96
• 5.3.2 仿真结果分析96-97
• 5.3.3 最佳燃料流量计算97-100
• 5.4 基于起动机输出功率的控制对策100-105
• 5.4.1 控制原理简介及方案设计100
• 5.4.2 仿真结果分析100-101
• 5.4.3 最佳起动机功率计算101-105
• 5.5 基于脱扣时间的控制对策105-109
• 5.5.1 控制原理简介及方案设计105
• 5.5.2 仿真结果分析105-107
• 5.5.3 最佳脱扣时间计算107-109
• 5.6 本章小结109-110
• 结论110-112
• 参考文献112-115
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果115-117
• 致谢117

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本文编号：1095086