[发明专利]基于燃机叶片型线参数的气路故障诊断方法

说明书

一种基于燃机叶片型线参数的气路故障诊断方法，通过故障叶片几何特征建立故障叶片数值仿真模型，并制定气路故障的诊断判据，通过实时监测参数叶片几何特征反向判别得到气路故障的模式及程度。本发明通过叶片的几何型线参数(前缘厚度变量、尾缘厚度变量和粗糙度等)，实现燃气轮机气路故障的精细化诊断，对特性线精度依赖性低且显著降低了诊断结果置信区间。

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机领域的技术，具体是一种基于燃机叶片型线参数的气路故障诊断方法。

背景技术

压气机和涡轮是利用空气做功的气路部件，其性能对燃气轮机的高效运行具有重要的影响。气路部件长期工作在高温、高转速、大应力的恶劣环境下，随着运行时间的增加，叶片表面会产生积垢、侵蚀、腐蚀等现象，部件性能将会逐渐偏离设计点，导致气路部件效率、流量易出现衰退故障，进而严重影响燃机的整体性能。

现有气路故障诊断方法从性能的角度出发，假设部件工作能力衰退后，其特性曲线的几何形状并不发生显著变化，通过故障判据查得当前故障状态对应的燃机部件特性的降级，通过健康燃机(新机组)的部件特性图，送入燃机模型进行性能参数匹配，从而实现对气路部件的状态诊断和故障识别。但该技术结果的准确性很大程度上取决于特性线的准确性，然而往往很难获取准确的特性线；监测参数波动性大判断结果准确率低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于燃机叶片型线参数的气路故障诊断方法，通过叶片的几何型线参数(前缘厚度变量、尾缘厚度变量和粗糙度等)，实现燃气轮机气路故障的精细化诊断，对特性线精度依赖性低且显著降低了诊断结果置信区间。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过故障叶片几何特征建立故障叶片数值仿真模型，并制定气路故障的诊断判据，通过实时监测参数叶片几何特征反向判别得到气路故障的模式及程度。

所述的气路故障包括但不限于：结垢、侵蚀、腐蚀和外来物击伤，当发生燃机气路故障时，叶片几何形状的变化和叶片表面粗糙度会发生改变，采用叶型参数表征气路故障的模式、利用叶型参数变化的百分比表征气路故障的程度更为直观，且对维修更具有实际的指导意义。

所述的故障叶片几何特征包括：叶片前缘厚度增量、叶片尾缘厚度增量、叶片表面粗糙度和/或攻角以表征不同的故障，实现故障特征的提取。

所述的仿真模型，通过实际需要开展气路故障诊断的燃气轮机叶片的设计参数和故障叶片3D扫描结果，按气路故障和其相应叶片几何特征建立故障叶片数值仿真模型，包括原始叶片几何模型、故障叶片3D重构以及故障叶片数值仿真模型，具体包括：

i)利用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)软件，根据叶片设计文件画出叶片的几何模型，该模型中的叶片被定义为原始叶片。

ii)扫描某修理厂维检中拆卸下的典型故障叶片，利用三维激光扫描仪以及三维数字化仪等3D设备采集数据，通过三维图形处理技术进行模型重构，得到与实际故障叶片几何形状一致的仿真叶片图像。

iii)根据实际燃气轮机气路故障叶片中四个几何变量，即叶片前缘厚度增量、叶片尾缘厚度增量、叶片表面粗糙度和攻角的变化情况，按比率修改原始叶型的几何特征，得到相应类型的故障叶片。

iv)建立故障叶片数值仿真模型，设置边界条件，对原始叶片、各类故障叶片进行仿真，得到不同叶片的气流通道内温度场、应力场、速度场的分布。

所述的气路故障的诊断判据，即通过建立叶型参数、故障模式、场异常分布、监测参数的映射关系，获取不同几何特征的故障叶片对应的特性图。