基于数字孪生的船用燃气轮机健康管理工业互联网平台

为了解决现阶段船用燃气轮机健康管理系统的数据准确率低、实效性差、各部件间数据和信息无法实现互联互通以及智能化故障诊断和预测程度低的问题,调研了现阶段数字孪生在健康管理领域的应用现状。基于成熟的五维数字孪生模型,阐述了物理实体、虚拟实体、数据孪生中心、健康管理功能系统的运行机制及交互机制。在此基础上,借鉴现有典型工业互联网平台的架构和功能,构建了基于数字孪生的船用燃气轮机健康管理工业互联网平台,通过与传统健康管理系统进行对比分析总结其优势。结果表明：该平台能够满足全生命周期健康管理过程中数据和模型信息的实时交互和动态更新,可打通健康管理系统中多个部件数字孪生模型闭环,并能为未来健康管理系统的发展和建设提供新的发展思路。     

基于数字孪生技术的水轮机虚实交互系统设计

针对传统的离线仿真无法准确反映水轮机系统实际运行状态且滞后性较大问题,结合数字孪生理念及应用实践,以C++和高级着色语言GLSL作为服务开发语言,设计了基于数字孪生技术的水轮机虚实交互系统,通过物理实体与数字孪生体进行交互融合及相互映射,实现数字孪生体对物理实体和控制操作的实时反馈模拟,基于高度集成虚拟模型,进行水轮机运行状态优化和在线仿真分析,为运行操作人员提供智能优化指导,进一步扩展了数字孪生的应用领域。     

基于数字孪生技术的风电机组建模研究

针对以往风电机组数字孪生建模受不同研究目的或单一软件的功能限制，难以建立风电机组整机模型的问题，提出一种新的风电机组孪生建模方法。该方法首先依托FAST风速性能模块，建立稳态风模型、随机湍流风模型以及风电场实时风速模型；接着采用空气动力学模块和结构动力学模块分别搭建风电机组叶片、塔架等关键部件的几何与动力学模型；最后在Simulink中搭建风电机组电气系统模型及控制策略，由此构建完整的风电机组孪生模型。将该孪生建模方法分别用于WindPACT 1.5 MW双馈风电机组与某风电场Fuhrl?nder 2.5 MW双馈风电机组并进行验证。结果表明：孪生模型在不同风速模型下，各重要生产参数相比设计标准及实际运行数据均具有较高的准确性。此外，通过对风电机组数字孪生系统实时仿真和现场不可测数据的孪生模拟，也进一步表明孪生模型具有可行性和有效性。     

某燃机低压压气机转子多体系统传递矩阵建模研究

本文利用有限元法推导了某燃气轮机低压压气机转子的传递矩阵,并建立了转子的多体系统传递矩阵模型。通过算例证明,该方法计算准确,为用有限元法和多体系统传递矩阵法求解燃气轮机转子学问题提供了一个新思路。     

ICR进展及关键技术

ＩＣＲ燃气轮机继承了简单循环燃气轮机的一系列优点,且具有优良的变工况性能。ＷＲ－２１代表了ＩＣＲ的最先进水平。本文简述了ＷＲ－２１燃气机的最新进展,对中冷器、回热器、箱装体、数字控制系统等重要部件的关键技术进行了分析。     

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LabVIEW的船用燃气轮机数字控制器软件设计

船用燃气轮机控制系统正处在由机械液压式控制系统向数字控制系统转变的过渡阶段,分布式控制系统取代集中式控制系统是燃气轮机控制系统的发展趋势。数字控制器是燃气轮机分布式控制系统的核心部分,设计采用工控机和CAN适配器组成数字控制器硬件,在此基础上制定CAN总线下的通信协议,并在LabVIEW环境下开发数字控制器软件,完成燃气轮机监测数据的采集与执行机构的控制,开展了包括多个传感器和执行机构在内的半实物实验,验证数字控制器的各项性能。     

新书《燃气轮机循环与变工况性能》出版

赵士杭教授编著的《燃气轮机循环与变工况性能》一书最近由清华大学出版社出版。 该书介绍了燃气轮机的热力循环及其计算方法;燃气轮机与其他热力循环或生产过程组成的复合循环和系统;不同轴系方案燃气轮机变工况性能及其计算方法;各种因素对燃气轮机的变工况性能的影响;燃气轮机与负载的平衡运行;燃气轮机的不平衡工况等。该书内容翔实,     

国外燃气轮机的新动态

本文根据《燃气轮机世界》杂志的最新资料,概述了国外燃气轮机领域的最新技术进展情况和工业燃气轮机的主要动态,介绍了最近投入市场的工业燃气轮机新机型:主要工业燃气轮机机型最近几年的性能改进情况;近年来被淘汰的燃气转机机型等。由此可见,国外工业燃气轮机的发展异常活跃,市场不断扩大,对我国工业燃气轮机的发展有一定参考价值。     

燃气轮机进气雾化式蒸发冷却控制技术研究

大气环境温度对燃气轮机性能的影响很大,加装燃气轮机进气雾化冷却系统对改善燃气轮机性能具有很高的实用价值.通过对燃气轮机进气雾化冷却工作原理的分析,提出了一种基于PLC的燃气轮机进气雾化冷却控制系统的设计方案以及功能实现.运行结果表明,该控制系统自动化程度高,工作稳定性好,性能可靠.配置控制系统的燃气轮机进气雾化式冷却撬体投运后,PG6551(B)型燃气轮机功率相对增加8.35%,效率相对提高3.24%.     

基于MPC的三轴燃气轮机转速负荷控制

三轴燃气轮机转速负荷控制一般采用串级PID控制方案,该方案具有较好的抗干扰性,但考虑多限制时结构显得冗余、保守。为进一步提高燃气轮机控制系统的动态性能,简化系统结构,提出了一种基于模型预测控制的串级PID-MPC方案,采用MBD的设计方法在MATLAB/Simulink平台中建立了燃气轮机模型和控制算法,利用代码生成技术产生C/C++代码在全数字仿真平台上进行了集成和验证。仿真结果表明:串级PID-MPC在负荷连续阶跃和甩负荷情况下调节时间均小于3 s,超调量不超过2.9%,与串级PID相比具有更好的动态性能,且在限制条件下控制算法单步运行最大耗时4.69 ms,平均耗时1.84 ms,具有较好的实时性。     

A twin unidirectional impulse turbine topology for OWC based wave energy plants – Experimental validation and scaling

The twin unidirectional turbine topology was recently proposed with the promise of very significant improvements in the energy capture in Oscillating Water Column (OWC) based wave energy plants. Here, we present the initial results of the experimental validation of the twin unidirectional impulse turbine topology. A scale model of the concept was built and tested using simulated bidirectional flow. The model consists of two 165 mm impulse turbines each individually coupled to 375 W grid connected induction machines. An oscillatory flow test rig was used to simulate bidirectional flow to test the model. The results of the experiments validate the concept of the twin turbine configuration. The proposed topology utilizes no moving parts and achieves more than 50% efficiency over a broad range of flow coefficients. A comparison with other competing turbines (viz, a twin Wells’ turbine, a linked guide vane impulse turbine and a fixed guide vane impulse turbine) is done, based on actual measurements in the Indian wave energy plant. The results from the experiments are scaled to evaluate the design features of a 50 GWh wave energy plant.     

基于差分进化算法的燃气轮机转速模糊PID复合控制

为了改善电站燃气轮机转速控制系统的调节品质,采用模糊PID(比例积分微分调节器)复合控制,通过差分进化算法对模糊控制器参数进行寻优,基于电力系统高级仿真支撑平台(JSSC)对该方法进行了验证。试验结果表明:模糊PID复合控制无论在升速过程还是甩负荷等突变工况时,不管在超调量、过渡过程时间等动态性能上还是静态偏差等方面,转速控制结果均明显优于单纯的PID控制;当转速特性发生变化时,该控制方法表现出良好的鲁棒性。     

基于性能仿真模型和Bootstrap的燃气轮机气路故障预警算法

针对传统均值标准差阈值法不能用于变工况故障预警这一问题,以三轴燃气轮机的性能仿真模型为基础,提出了基于Bootstrap方法的气路参数波动比阈值计算模型,对三轴燃气轮机0.8以及1.0工况下的低压涡轮出口温度T₆进行故障预警研究,并与传统均值标准差阈值法进行预警结果对比。结果表明：该计算模型用于预警阈值计算的样本量更丰富、具有更高的可信度;其得到的预警阈值单值图,在燃气轮机与样本数据运行情况较为一致时可作为燃气轮机的固有属性,对于变工况故障预警及运行情况较为相近的燃气轮机故障预警同样适用;预警阈值偏差仅为-0.015%,相较于传统的动态阈值法减少了计算量。     

状态监测与诊断用燃气轮机热力模型的构造方法

提出了以机组实测验收数据为估算依据,在没有详细设计参数的情况下进行机组变工况计算的建模方法,较好地解决型号平均特性与特定机组特性之间的差异问题。采用本方法对某电站单轴燃气轮机变工况性能进行了估算,计算结果与发表数据有较好的吻合,证明了该方法的有效性,可以用于燃气轮机状态监测与诊断。     

基于SMIV-1DCNN的燃气轮机剩余使用寿命预测方法研究

为了实现船用燃气轮机剩余使用寿命的预测,对燃气轮机健康监测参数进行斯皮尔曼(Spearman)相关关系分析,采用平均影响值(Mean Impact Value, MIV)进一步分析监测参数对性能退化的敏感性,筛选出敏感特征;对得到的燃气轮机特征参数进行预处理,以消除外界环境的影响;研究了一维卷积神经网络(One Dimension Convolutional Neural Networks, 1DCNN),挖掘滑窗特征参数与运行时间的映射关系,实现燃气轮机剩余使用寿命预测。基于美国国家航天局发布的航空发动机退化数据集,验证了SMIV-1DCNN剩余使用寿命预测方法的有效性;开展了船用燃气轮机性能退化剩余使用寿命预测仿真试验。仿真试验结果表明,该方法不受燃气轮机初始状态影响,剩余使用寿命预测绝对误差56.10、平均绝对百分误差107.87、均方误差70.95,预测性能优于BP神经网络、LSTM神经网络与GRU神经网络。     

高位布置H级燃机基础多点位移SRSS法可靠概率研究

  目的  大型H级燃机基础通常具有多个扰力作用,并采用平方和开平方根（SRSS）法求得质点的振动位移。但SRSS法求得的振动位移并不是可能发生的最大位移。文章旨在分析所有可能出现的振动位移,研究SRSS法的可靠概率。  方法  建立了高位布置H级燃机基础的三维有限元模型,通过多质点分别施加单向扰力分析,采用SRSS法计算质点振动位移;提出采用多质点分别施加双向扰力,由于各质点动扰力之间角度的不确定,采用线性叠加法计算所有可能的振动位移并统计其概率分布。  结果  H级燃机基础质点10在40.75 Hz横向振动位移SRSS法组合值为16.40 μm,最大可能横向振动位移值为24.18 μm,SRSS法的可靠概率约为50%。  结论  基于SRSS法获得的多质点振动位移值并不是最大值,其具有一定的可靠概率,对于特别敏感或者重要的动力基础分析中宜控制其可靠概率,可采用增大裕度的方法来提高其可靠概率。     

一种基于燃气轮机实时模型的硬件在回路平台集成与验证

为了研究基于燃气轮机模型的先进控制算法和故障诊断技术,需要建立准确性和实时性更好的燃气轮机实时模型。采用基于模型的设计方法,在Simulink中建立燃气轮机分段线性化实时模型,通过代码生成技术和封装技术,将模型集成在南京航空航天大学航空发动机/燃气轮机全数字仿真平台和硬件在回路平台。在硬件在回路仿真试验中,燃气轮机实时模型与非线性模型的最大相对误差不超过3%;单位步长内,实时模型在数字电子控制器中计算平均耗时为0.126 ms,最大耗时为0.131 ms,精确性和实时性均满足控制系统的要求。     

Optimization of heat recovery steam generators for combined cycle gas turbine power plants

The heat recovery steam generator (HRSG) is one of the few components of combined cycle gas turbine power plants tailored for each specific application. Any change in its design would directly affect all the variables of the cycle and therefore the availability of tools for its optimization is of the greatest relevance. This paper presents a method for the optimization of the HRSG based on the application of influence coefficients. The influence coefficients are a useful mathematical tool in design optimization problems. They are obtained after solving the equations of the system through the Newton–Raphson method. The main advantage of the proposed method is that it permits a better understanding of the influence of the design parameters on the cycle performance. The study of the optimization of the distribution of the boiler area between its different components is presented as an example of the proposed technique.