燃气轮机故障诊断技术的研究与展望

学术论文 2018-05-11 10:55:27
  引言 
  随着科技不断进步,燃气轮机作为一种新型的动力设备,由于它的热效率极高,而且污染小,并且操作起来比较安全,因此正在逐渐受到人们的关注。燃气轮机目前在我国国内的应用范围是非常广泛的,从高科技航空航天产业到交通运输领域,再到电力部门发电,燃气轮机都占据着不可替代的地位。但是燃气轮机的构造是非常复杂的,一旦发生故障停止运转,就需要企业投入大量的资金和人力来及时进行诊断和维修,这给企业带来的经济损失是很大的。并且如果燃气轮机发生故障,并没有及时进行诊断维修而使它继续运转,甚至可能对一线操作员工的生命安全造成威胁。因此,能否对燃气轮机发生故障时及时进行故障查除并且进行故障处理就是一项很艰巨的工作。需要引起企业的高度重视。 
  一、当前国外相关方面的探索 
  自从上个世纪的中后期开始,由于传感器工艺以及电脑科技等的快速进步,问题诊断工艺开始获取了一定的成就。对于燃气轮机来说,最先开始探索的是美国,该国在有关的许多方向上都是非常先进的,比如美国在航空和舰船燃汽轮机故障诊断领域也有自己的理论和技术优势。在研究中首先提出了应用统计分析和神经网络滤波以提高来自于燃气轮机本体的数据,同时采用神经网络对燃机运行趋势进行监测,这样就能够分析发动机的特性等是不是出现了变化,最终形成合理的体系,对于问题开展详细的应对活动。成功地使用了神经网络获取RR公司的RB211燃气轮机数据,多层感知器、径向基函数以及回归神经网络均被应用,阐述了径向基函数神经网络适用于回传重要的发动机参数,传感器故障监测,以及发动机在较少的变量及获取参数困难情况下的安全预测。除此之外,还有许多的资料也都讲述了相关的问题诊断知识。同样使用了多类型的神经网络,在振动信号的处理技术上采用小波分析的方法取得了较好的效果。 
  二、我国在这方面的分析探索 
  我国开始进入该项探索领域有一个大的前提,即该项设备大范围的用到了军用以及民用装置中。此时由于其应用面积非常广泛,所以才开始了对其问题的探索活动。不过因为发展时间的限制,目前的发展并不像国外一样先进,而且多是集中在理论层次中,但是随着许多全新的知识以及措施不断的应用到问题的诊断工作中,所以其也取得了一定的成就,尤其是电脑科技的高速前进使得其发展到智能化的层次中。王永泓等人将模糊Petri网的知识表示系统用在燃气轮机故障诊断专家系统中,在不确定知识表示和推理方面取得了很好的效果,并提出了综合利用算法诊断、规则诊断和模型诊断等方法的混合智能诊断方法。翁史烈等在《基于热力参数的燃气轮机智能故障诊断》一文中提出了故障与征兆之间定量关系的求取方法,在这个背景中探索了神经网络之类的应对措施。卜凯旗等在《在燃气轮机发电机组的振动信号监测与分析系统》研发了一套燃气轮机振动监测、故障诊断系统,它经由振动信息的探索研究,能够尽快的分析出设备在运作时面对的不良问题,而且经由专家体系的分析,更好的指引活动,能够同步获取设备的运作状态。使用这个体系不但能够确保运作稳定,同时还能确保具有非常优秀的经济性。 
  三、燃气轮机智能分析措施 
  通过全面的分析当前的体系状态,我们发现问题诊断工艺获取了非常显著地成就。不过对于多个问题一起出现以及问题之间存在一定的关联的时候,其处理方法还是有一定的局限性的。然而随着智能化的发展,诊断技术得到了显著地提升,弥补了上述的不足之处,合理的应对了以前的诊断措施在具体运行中的不利之处,很好的处理了复杂问题。 
  1、以规则为前提的专家体系诊断措施 
  基于规则的方法又称产生式方法,早期的故障诊断专家系统都是基于规则的,这些规则是从专家的经验中总结出来,用来描述故障和征兆的关系。该方法的优点是知识表示简单、直观、形象、方便,使用直接的知识表示和相对简单的启发式知识,诊断推理速度快;要求数据的存储空间相对较小;易于编程和开发出快速原型系统。缺点是知识库覆盖的故障模式有限,对未出现过的和经验不足的故障诊断就显得无能为力;当知识库中没有相应的与征兆匹配的规则时,易造成误诊或诊断失败。 
  2、基于神经网络的诊断方法 
  从映射的角度分析,故障诊断的实质是建立从征兆到故障源的映射过程。人工神经网络的优点是高度非线性、高度容错和联想记忆等。不过,将该网络运用到问题分析中时,也有非常多的不利之处,这个措施是“黑箱”方法,无法反应体系自身的关联,不能对诊断步骤开展全面的论述。网络训练时间较长,并且对未在训练样本中出现的故障无诊断能力,有时候还做出一些不正确的论述,都会导致它在具体活动中面对非常多的不利现象。 
  3、混合智能故障诊断方法 
  结合各种发动机的体系数值,该项措施的特征是融合多项措施,它是一个非常全面的体系。具体智能诊断方法的选用原则根据发动机各系统故障的征兆以及故障状态下的历史数据来决定。例如:模糊神经网络是一种新型的神经网络,其把模糊信息和神经网联系到一起。不但能够描绘物体中和模糊有关的内容,而且还有着非常优秀的信息处理水平,还有自学的功效,在很多领域中获取了显著地成就。把模糊体系用到问题分析的时候,它最为显著的优势是它有着描述模糊信息的水平,其推理非常的近乎于我们的思考状态。以往的“存在”与“不存在”等二值逻辑不能很好地用来表示故障征兆测量参数的不确定性以及故障原因的严重程度,导致具体的诊断活动面有非常多的不利现象。通过选择恰当的模糊隶属函数,将测量参数表示成对某个模糊子集的隶属度并传递给神经网络进行诊断。获取的是对多项问题的严重性的表达,此种现象可确保工作者选取的应对方法更加的合理有效。 
  四、我国燃气轮机发展趋势 
  由于研制和生产大功率、高压比、高效率的集成化、系列化、规模化、谱系化燃气轮机的难度较大,要在技术较为成熟、应用效果较好燃气轮机的基础上,不断进行升级改进,提高其工作性能和热效率,降低能耗和排放。我国燃气轮机应向高效率和低污染等方向发展:通过采取提高压比、涡轮进口温度、以及金属结构优化等技术措施,有效提高轻型航改燃气轮机和重型燃气轮机的热效率;在环境保护意识不断增强和国际燃气轮机排放标准不断提高的基础上,结合贫油直接喷射燃烧(LDI)、贫油预混气化燃烧(LPW/PY)、以及富油-猝熄-贫油燃烧(RQL)等先进的干低排放燃烧技术,即在不对燃气轮机燃烧系统稳定性产生不利影响的前提下,降低燃烧区的火焰温度,达到降低NOx、CO、以及UHC等环境污染物的排放量,达到节能降耗的目的。 
  结束语 
  通过分析,我们发现该项诊断工艺对于促进设备的发展来讲,意义非常的关键,它能节省费用。最近的时间中,我国以及国外的很多专家在分析相关的要素时,获取了非常多的成就,形成了许多优秀的诊断体系,不过这些体系都是不断发展的,而且都牵扯到很多行业中的内容,进而确保了该项诊断工艺的探索也是全新的领域,所以在后续的探索的时候,要注意如下一些要素。第一、对于问题机理的探索以及问题样本的搜集等是当前探索的一大难点,要求相关的专家学者共同的努力奋斗。不管在什么时候,问题机理的分析探索都会带动问题诊断工艺的进步。该项机理的分析将聚集在对于那些渐发问题的定量探索方面,研究判断整个系统故障状态的指标体系及其判断阈值将是另一个重要方向。第二、全面分析。燃气轮机故障诊断需要向热影响诊断、性能诊断、油液诊断、温度诊断等的综合诊断方向发展,其更加的合乎设备的故障分析特征以及当前的具体状态。 
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