燃氣輪機故障診斷技術的研究與展望

樸文哲

摘 要：近年來，隨著燃氣輪機廣泛發展與創新，作為一種新的動力設備被廣泛應用于各個行業之中并推動著其發展進步。但與此同時，燃氣輪機因其自身結構特點所決定，在使用過程中一旦發生故障對于維修而言，不僅僅要投入大量的人力、資金，還需要專業技術人員對其進行檢查，診斷故障原因，進而進行維修。所以，針對現階段如何有效地降低燃氣輪機故障的發生成為了亟待解決的重要問題，文章就目前燃氣輪機故障的發生及診斷技術進行了簡要分析與總結，并對相應診斷技術進行了探究，以便為同行業人提供參考。

關鍵詞：燃氣輪機；故障診斷技術；展望

引言

燃氣輪機作為一種新型動力能源設備，因其自身所產生的熱效率比較高，且污染小，在實際操作中相對比較安全，因此被人們普遍所關注。隨著科學技術的不斷創新與發展，燃氣輪機被應用于各個行業之中，從高科技的航天航空產業到電力發電部門，以及在交通運輸領域中，燃氣輪機所發揮的重要作用都將是無可替代的，對國民經濟建設發展有著積極的推動作用。但是與此同時，燃氣輪機因其構造復雜，不僅僅需要在使用的過程中投入大量的人力、物力、財力，更需要專業的技術人員對其進行操作，這樣才能有效避免安全事故的發生。在使用過程中，一旦發生機械故障，將對企業經濟財產損失造成不可估量的嚴重后果，甚至會對燃氣輪機操作人員生命財產安全構成一定威脅。因此，相關部門以及領導者必須對燃氣輪機的使用及故障原因排查進行嚴格的監督與審查，一旦發現問題必須及時處理，進而從源頭上杜絕安全事故隱患的發生。

1 當前國外相關方面的探索

早在二十世紀中后期，國外研究者就利用傳感器以及電腦科技對燃氣輪機工藝故障診斷進行了研究與分析，并在一定程度上獲得了可喜的成就。美國是最早開始對燃氣輪機的探索，并將其運用到航空以及戰艦等多個領域，同樣利用先進技術及理論支持獲得了尤為突出的使用優勢。在燃氣輪機研究分析過程中，將其統計分析理論以及神經網絡等技術運用到燃氣輪機中，以此來提高整個燃氣輪機的作業效率。利用這兩種技術不僅僅可以有效的對燃氣輪機進行數據監控，同時還能在第一時間針對所要發生的事故故障加以預測，形成自我監測系統，針對每一次問題的出現進行合理的應對與解決。最早較為成功的案例，應該是神經網絡RR公司針對燃氣輪機數據通過多層感知器、徑向基函數等技術針對發動機進行傳感器檢測，通過數據將發動機上的變量進行預測，依據安全參數進行系統分析，不僅僅如此，在其他形式上也對燃氣輪機進行功能提升，通過信號振動技術對小波進行良好的分析，進一步促進了燃氣輪機的發展與使用。

2 我國在這方面的分析探索

我國最早開始對燃氣輪機的關注主要是指它在軍事以及民用裝置中等方面的使用，針對于對它的研究起初也是因在軍事中的重要影響地位開始的，但是隨著時間的推移，燃氣輪機的廣泛發展應用到各個領域之中，我國才對其進行了全面的探索及分析。但是受多方面影響因素的制約，我國對燃氣輪機的研究并不能與國外相比，大多數都集中于理論層次上的研究分析，針對燃氣輪機的使用以及故障發生原因進行了多角度的分析與探索，并利用全新的理論基礎知識對問題進行解決，在一定程度上取得了較大的進步。尤其是近年來，信息技術的廣泛使用更是將智能化技術引進其中，著名學者王永泓等人就是將模糊網Petri知識體系很好地運用到了燃氣輪機機械故障診斷過程中，并能有效快速地解決問題，利用計算機技術、規模診斷技術等多種綜合方法以求更好的促進燃氣輪機的發展。翁史烈也曾在《基于熱力參數的燃氣輪機智能故障診斷》一文中提出了新的方法，通過征兆之間定量關系分析來判斷其故障原因，進而從另外一個角度神經網絡方面加以解決。卜凱旗等在《在燃氣輪機發電機組的振動信號監測與分析系統》研發了一套燃氣輪機振動監測、故障診斷系統，這種監測系統可以有效的對燃氣輪機的作業進行實時監控，通過對振動信息進行全面的分析與研究，以便更好地掌握燃氣輪機的作業情況，并同步獲得運作體系狀態，從而有效的保證運行穩定，從某種程度上還將獲得很好的經濟效益。

3 燃氣輪機智能分析措施

3.1 以規則為前提的專家體系診斷措施

針對燃氣輪機早期故障的發生可以采用這種方式對其進行檢測，基于規則法又稱“產生式方法”。主要是通過簡單描述、更加直接客觀形象的將燃氣輪機作業進行系統分析，以此來描述其故障產生原因及針對可能存在故障進行預測。這種方法由于其自身操作簡單，識別能力強，可以通過簡單的知識及推理就可以診斷出燃氣輪機故障原因。但是從某種程度上講，這種方式只適用于對燃氣輪機初期的檢驗，因知識覆蓋功能比較有限，對深層次故障不能進行很好的診斷，對實際操作運行狀況不能進行很好的預測，且容易造成診斷失誤。

3.2 基于神經網絡的診斷方法

從映射的角度分析，故障診斷的實質是建立從征兆到故障源的映射過程。人工神經網絡的優點是高度非線性、高度容錯和聯想記憶等。不過，將該網絡運用到問題分析中時，也有非常多的不利之處，這個措施是“黑箱”方法，無法反應體系自身的關聯，不能對診斷步驟開展全面的論述。網絡訓練時間較長，并且對未在訓練樣本中出現的故障無診斷能力，有時候還做出一些不正確的論述，都會導致它在具體活動中面對非常多的不利現象。

3.3 混合智能故障診斷方法

結合各種發動機的體系數值，該項措施的特征是融合多項措施，它是一個非常全面的體系。具體智能診斷方法的選用原則根據發動機各系統故障的征兆以及故障狀態下的歷史數據來決定。例如：模糊神經網絡是一種新型的神經網絡，把模糊信息和神經網聯系到一起。不但能夠描繪物體中和模糊有關的內容，而且還有著非常優秀的信息處理水平，還有自學功效，在很多領域中獲取了顯著地成就。通過選擇恰當的模糊隸屬函數，將測量參數表示成對某個模糊子集的隸屬度并傳遞給神經網絡進行診斷。獲取的是對多項問題的嚴重性的表達，此種現象可確保工作者選取的應對方法更加的合理有效。

4 我國燃氣輪機發展趨勢

我國燃氣輪機應向高效率和低污染等方向發展：通過采取提高壓比、渦輪進口溫度、以及金屬結構優化等技術措施，有效提高輕型航改燃氣輪機和重型燃氣輪機的熱效率；在環境保護意識不斷增強和國際燃氣輪機排放標準不斷提高的基礎上，結合貧油直接噴射燃燒（LDI）、貧油預混氣化燃燒（LPW/PY）、以及富油-猝熄-貧油燃燒（RQL）等先進的干低排放燃燒技術，即在不對燃氣輪機燃燒系統穩定性產生不利影響的前提下，降低燃燒區的火焰溫度，達到降低 NOx、CO、以及 UHC 等環境污染物的排放量，達到節能降耗的目的。

5 結束語

通過分析，我們發現該項診斷工藝對于促進設備的發展來講，意義非常的關鍵，它能節省費用。第一、對于問題機理的探索以及問題樣本的搜集等是當前探索的一大難點，要求相關的專家學者共同的努力奮斗。不管在什么時候，問題機理的分析探索都會帶動問題診斷工藝的進步。該項機理的分析將聚集在對于那些漸發問題的定量探索方面，研究判斷整個系統故障狀態的指標體系及其判斷閾值將是另一個重要方向。第二、全面分析。燃氣輪機故障診斷需要向熱影響診斷、性能診斷、油液診斷、溫度診斷等的綜合診斷方向發展，其更加的合乎設備的故障分析特征以及當前的具體狀態。

參考文獻

[1]孫祥逢，陳玉春，胡福.發動機故障診斷主因子模型的測量參數選擇[J].航空動力學報，2010（1）.

[2]卜凱旗，任興民，秦衛陽.燃氣輪機發電機組的振動信號監測與分析系統[J].噪聲與振動控制，2007（2）.