热和离心力耦合作用下燃气涡轮叶顶间隙变化

高压涡轮叶顶间隙的变化对燃气轮机的功率、效率和寿命有着重要影响。为了准确掌握不同工况下叶顶间隙的变化,建立了在热和离心力作用下燃气轮机叶顶间隙变化模型,计算了不同工况下热和离心力作用下的叶片、轮盘径向变形及热作用下机匣的膨胀变形,进而得到了叶顶间隙的变化规律。结果表明:热和离心力变化是间隙变化的两个主要因素,快速加减速对间隙的影响最大;加速过程中,间隙急剧减小,减速过程中,间隙增加。

燃气轮机结垢性能退化特征提取和剩余寿命预测

为研究燃气轮机结垢性能退化问题,首先针对某三轴燃气轮机建立了数学模型,结合实际运行数据计算了热损失指标,并提取出燃气轮机结垢等导致的性能退化特征并进行了分析;然后,提出了清洗策略和剩余寿命预测方法并进行了实验。实验分析表明:所提出的热损失指标能够反映燃气轮机性能退化趋势,清洗策略和寿命预测方法可用于指导燃气轮机的健康管理和维修使用。

燃气轮机健康状态组合法综合评价

针对燃气轮机状态评估过程中参与组合的单一评估方法选择不明确和组合评价结果不一致的问题,提出一种事前事后检验和重复组合的综合评价方法。选取表征性能退化和振动状态的12个评价指标来评估整体的健康状态,在8种单一评价方法的基础上,用传统Borda法、综合Borda法、Copeland法、模糊Borda法和Dodgson法等5种组合评价方法对燃气轮机健康状态进行了多指标综合评价。在组合步骤中,参与组合的单一评估方法要通过Kendall协同系数检验和Spearman等级相关系数检验,组合后如果评价结果排序不一致,通过Spearman等级相关系数检验剔除与原单一评价不相关的组合方法后,其余组合结果再重复组合,以得到排序一致的综合评价结果。实例分析表明,组合法综合评价结果符合实际经验。

压气机特性曲线精确分步拟合方法研究

针对压气机特性曲线分步拟合中坐标变换方法不明确的问题,提出先对压比进行坐标变换,坐标变换中的参数对折合转速进行拟合,之后折合流量或效率分两步对压比和折合转速进行拟合的改进方法。用多个指标对拟合结果进行了评估,给出了拟合阶次的选取方法。实例说明了改进方法的有效性,进一步说明了拟合中坐标变换的意义,以及第二步系数拟合中牛顿插值法和最小二乘法的适用情形。

离心力作用下涡轮转子的径向变形

为了便于进一步研究叶顶间隙变化规律以及对轮盘和叶片进行强度计算,文章建立了在离心力作用下燃气轮机涡轮转子的径向变形模型。定性分析和定量计算了在不同转速和不同材料的弹性模量下,离心力对转子径向伸长量的影响。并分析了叶片离心力对轮盘变形影响的大小。所得结果表明,离心力引起的转子伸长量正比于转速的二次方;伸长量的变化率正比于转速和角加速度的乘积;且相对于叶片的径向伸长量而言,轮盘的径向变形量更为显著;叶片离心力作用在对轮盘径向变形的作用中占有一定比重;随着轮盘弹性模量增加,离心力引起的转子伸长量减小。

热和离心力作用下高压涡轮转子的径向变形

热和离心力变化是引起燃气轮机高压涡轮叶顶间隙变化的重要因素,也是转子设计和强度计算中考虑的基本点之一。为了便于进一步研究叶顶间隙变化规律及对轮盘和叶片进行强度计算,本文建立了在热和离心力作用下燃气轮机高压涡轮转子的径向变形模型。定性分析和定量计算了不同工况下热和离心力分别对叶片、轮盘径向变形的影响,以及两者共同作用下的转子径向变形。结果表明,热和离心力作用下,相对于叶片的径向伸长量,轮盘的径向变形量更为显著;热作用是叶片和轮盘发生径向变形的主要因素,但离心力对轮盘的径向膨胀作用相对于叶片要显著得多。

燃气轮机高压涡轮叶顶间隙变化规律的有限元分析

高压涡轮叶顶间隙会直接影响到燃气轮机的功率、效率、油耗和寿命。利用有限元等软件,建立了叶片、轮盘和机匣外环的实物模型;通过热结构耦合分析,计算得到各自在温度场和离心力场作用下的径向位移,进而得到叶顶间隙变化规律,并进行了分析。计算结果表明:温度场变化是引起叶片和轮盘径向变形的主要因素;离心力对轮盘径向变形的作用比对叶片径向变形的作用要显著得多;热和离心力变化是间隙变化的两个主要因素;叶片、轮盘和机匣的热响应不一致以及离心力对转子的拉伸作用导致其径向膨胀变形不匹配,进而引起间隙变化;快速增减速度对间隙的影响最为明显。

船用三轴燃气轮机性能退化指标体系的构建

从燃气轮机整体性能、气路部件、滑油系统、结构振动等方面,较为全面地构建了船用三轴燃气轮机性能退化指标体系。提出了表征整机性能退化的排温裕度、热损失指标、功率不足指标、额外热功比、热效率比等指标。明确了表征气路部件退化的退化因子的概念,提出了绝热效率退化因子、流量退化因子、喘振裕度、热电偶分散度等表征压气机、涡轮、燃烧室等气路部件退化的指标。提出了构建数学模型、统计三限值法、小偏差法和卡尔曼滤波等退化指标的求解和分析方法,并进行了实例分析。为进一步开展燃气轮机性能退化状态评估构建了基本框架。

基于RBF神经网络的燃气轮机特性计算

燃气轮机各部件的特性可通过实验获得,但耗费昂贵;且基于知识产权的保护,厂家一般也不会提供完整的燃气轮机特性数据,这对燃气轮机模型建立的精度会造成较大影响。本文根据生产厂家提供的燃气轮机的部分性能曲线,利用人工神经网络的高度非线性映射、自学习和泛化等功能,采用RBF神经网络训练出所需的特性曲线。结果表明:RBF神经网络无论是在训练时间还是训练精度上,均取得了较好的效果。所得的燃气轮机部件全工况特性为燃气轮机仿真建模和性能分析奠定基础。

油液监测故障模式识别理论研究现状

油液监测诊断的本质是面向识别任务的多源信息处理过程,随着润滑摩擦系统的复杂化和精细化,传统阈值和专家经验已难以满足故障诊断需求,应用模式识别理论来进行故障判决成为油液监测故障诊断的重要发展方向。从特征提取理论和故障模式判决理论两方面入手,简述油液监测故障模式识别理论的发展现状,分析各种理论方法的特点,并指出油液监测故障模式识别理论的发展趋势和面临的问题。

中红外光谱的HFC水分含量和粘度测量

针对水-乙二醇抗燃液压液(HFC)目前常用的水分含量和粘度测量方法存在操作复杂,耗时长,测量成本较高等问题,研究了将中红外光谱分析法应用于HFC水分含量和粘度测量。以85个实际在用油样为样本集,采用传统的电量法和毛细管法分别测量水分含量和运动粘度;使用衰减全反射液体池(ATR)采集各样本的中红外光谱并进行光谱校正、背景扣除、Savitzky-Golay(SG)平滑处理和基线校正等预处理。水分含量测量模型构建过程中,利用学生化残差-杠杆值法寻找强影响点,判定为异常样本并加以剔除;利用马氏距离SPXY法划分建模样本集和验证样本集。根据Beer-Lambert定律,水分含量和红外光谱吸光度成正比,采用线性方法来构建水分含量和吸光度红外光谱之间的关系模型。同时为提高模型的鲁棒性和泛化能力需要消除光谱中的无用信息、冗余信息和噪声,因此采用后向间隔偏最小二乘法(BiPLS)进行水分含量测量特征谱区优选,并建立线性校正分析模型。结果表明剩余3 526～3 354,1 790～1 618,3 005～2 660和1 096～924cm^(-1)波段时获得最小的交叉验证均方根误差(RMSECV)。特征波段优选结果可以理解为,根据3 526～3 354cm^(-1)波段预测HFC体系中所有OH的量,减去根据3 005～2 660和1 096～924cm^(-1)波段换算得到的乙二醇中的OH,进而计算得到水分含量,为进一步提高精度,将水中OH变角振动吸收峰对应的1 790～1 618cm^(-1)波段作为水分含量测量的辅助波段。利用独立验证样本进行模型检验,结果表明所建立的线性模型相关系数(r)为0.989 5,预测均方根误差(RMSEP)为0.405 2,满足HFC中水分含量测量精度需求。粘度测量模型构建过程中,利用马氏距离法寻找离群样本,判定为异常样本并加以剔除,利用马氏距离SPXY法进行建模样本集和验证样本集划分。粘度是一个与多重因素有复杂关系的理化指标,和红外光谱之间表现为非线性关系。基于主成分分析结合BP神经网络法(PCA-BPNN)构建非线性粘度校正分析模型,提取累积贡献率为95.12%的前10个主成分作为输入,测得的粘度值为输出,创建单隐层BP神经网络并进行训练,训练结果相关系数r为0.996 8。利用独立验证样本进行模型检验,结果表明所建立的非线性模型r为0.984 3,RMSEP为0.615 1,满足HFC粘度测量精度需求,且优于采用BiPLS线性模型获得的结果。确定了可用于HFC中水分含量测量的四个中红外波段,可为窄带红外光谱分析法或其他类似研究提供依据。研究结果表明中红外光谱分析法结合BiPLS和PCA-BPNN分析法可分别应用于HFC水分含量和粘度测量,精度符合监测需求,为HFC中分含量和粘度测量提供了一种新的测试方法,相比于传统测量方法具有快速、无损、低成本的特点。

基于折射率和温度回归分析的HFC水分含量测量方法研究

针对目前使用传统电量法测量水-乙二醇抗燃液压液(HFC)中水分含量时存在耗时长,需要消耗大量试剂,且一般只适合实验室使用等不足,研究了一种HFC水分含量测量的新方法。该方法首先通过实验和回归分析建立了水分含量、折射率、温度三者之间的关系模型;然后,根据该模型通过测量折射率和温度换算得到水分含量;最后,利用实验验证了该测量方法的有效性和准确性。该方法为研制现场式或在线式HFC水分含量仪器提供了理论依据。

基于知识粒度的在用HFC抗燃性能指标约简研究

针对在用水-乙二醇抗燃液压液(HFC)抗燃性能监测涉及到的指标数量多,指标间存在信息冗余,监测工作量大、成本高的问题,研究了一种基于知识粒度的指标约简算法,该算法可应用于缺少决策指标的信息系统.利用该算法进行抗燃性能下属指标集的约简,在保持知识库分类能力大致不变的前提下将水分含量、喷射燃烧特性、芯式燃烧持久性,以及歧管燃烧特性四个指标约简为水分含量和喷射燃烧特性二个指标.为HFC抗燃性能监测指标约简提供了科学有效的方法,降低了监测工作量和成本.

基于熵权法的液压液污染度模糊综合评价

针对目前液压液颗粒污染度评价标准评价结果代码个数多,不能结合系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息等问题,提出应用熵权模糊综合评价模型进行液压液污染度评价。利用熵权法将系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息和数据本身所蕴藏的信息量转化为不同尺寸颗粒的权值,并采用模糊综合评价模型汇总各尺寸颗粒的污染度情况和权值,以"正常"、"警告"、"异常"的形式输出最终评价结果。利用该方法评价了某特种船舶某型甲板液压设备液压介质的污染度,评价结果证明该方法可行且直观明了,更重要的是结合了具体系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息,评价结果更加科学准确。

一种基于经验的燃气轮机参数折合方法

针对状态评估过程中如何对燃气轮机性能参数进行折合从而消除环境温度和环境压力的影响问题,提出一种基于经验的方法,利用对环境温度(或环境压力)回归直线的斜率、环境温度(或环境压力)均值和被折合参数均值确定折合指数,对某参数进行折合。实例分析表明:与常规折合法相比,经验折合法能更有效消除环境温度和环境压力的影响。性能参数的经验折合值与环境温度和环境压力的相关系数均接近0,更能反映燃气轮机本身的状态变化趋势,便于开展状态评估。