基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取待启动燃气轮机的进气参数以及轮盘温度场向量；基于获取的进气参数以及轮盘温度场向量，采用预训练好的应力分析预测模型获得预出现的轮盘最大应力值；基于所述预出现的轮盘最大应力值和预设轮盘安全应力区间的比较结果，实现燃气轮机安全启动；其中，所述应力分析预测模型为神经网络模型。本发明专利技术提供的技术方案中，构建了参数自动控制的燃气轮机快速安全启动方法，可实现对轮盘应力的控制，进而能够保障燃气轮机机组在启动过程中的运行安全。安全。安全。

【技术实现步骤摘要】
基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法及系统


[0001]本专利技术属于燃气轮机部件运行监测
，特别涉及一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法及系统。

技术介绍

[0002]随着动力系统的多工况任务日益增加，燃气轮机必须要面临频繁启动、大幅度变负荷的状况，这使得燃气轮机各部件承受着剧烈的温度变化和交变热应力，尤其是燃气轮机的轮盘部件。具体解释的，燃气轮机轮盘长期工作在高温、高压和高转速的恶劣环境中，承受着离心力、气流力、振动和高温等多重载荷的共同作用；其中，在燃气轮机启动过程中，由于进气参数的变化，导致燃气轮机内外形成较大的温差因此产生较大的热应力水平，这会极大降低燃气轮机在启动过程中的安全可靠性。
[0003]为了保障燃气轮机在启动过程中的运行安全，需要机组能够控制轮盘在启动过程中的应力水平，因此需要对燃气轮机启动过程进行优化；然而，在优化过程中为了计算作为目标函数的最大热应力，需要反复使用相应的应力计算方法对目标函数进行更新；上述过程中，有限元法是目前所使用的最主要的燃气轮机轮盘应力的计算方法，其通过将实体划分成一系列单元，然后引入适当的边界条件进行求解。
[0004]上述现有方法在实际应用中尚存在的技术缺陷主要包括：
[0005](1)该方法需要人为的划分网格，计算结果精度会很大程度上受到网格质量的影响，且如果将该方法引入优化流程则重复过程的迭代会花费大量的计算时间。
[0006](2)在实际的燃气轮机启动控制过程中，轮盘表面温度的监视以及应力水平的计算总是着眼于当前时刻下，缺乏了对在未来时刻的进气参数下轮盘应力水平的观察，使得实际启动过程中的参数控制总是存在滞后性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案中，构建了参数自动控制的燃气轮机快速安全启动方法，可实现对轮盘应力的控制，进而能够保障燃气轮机机组在启动过程中的运行安全。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]本专利技术提供的一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法，包括以下步骤：
[0010]获取待启动燃气轮机的进气参数以及轮盘温度场向量；
[0011]基于获取的进气参数以及轮盘温度场向量，采用预训练好的应力分析预测模型获得预出现的轮盘最大应力值；
[0012]基于所述预出现的轮盘最大应力值和预设轮盘安全应力区间的比较结果，实现燃气轮机安全启动；
[0013]其中，所述应力分析预测模型为神经网络模型；
[0014]获取所述预训练好的应力分析预测模型的步骤包括：
[0015]获取训练样本集；所述训练样本集的每个训练样本均包括采样时刻的进气参数以及对应的轮盘应力标签；
[0016]训练时，将选定训练样本中的采样时刻的进气参数输入神经网络模型中，获得轮盘应力预测值；获取轮盘应力预测值与选定训练样本中的轮盘应力标签的差值，基于所述差值更新神经网络模型的参数，达到预设收敛条件获得所述预训练好的应力分析预测模型。
[0017]本专利技术方法的进一步改进在于，所述获取训练样本集的步骤具体包括：
[0018]获取n组启动过程中的燃气轮机的进气参数和轮盘温度场标签，获得初始数据集；
[0019]基于所述初始数据集，采用拉丁超立方抽样获得m组燃气轮机进气参数曲线；其中在，燃气轮机进气参数曲线式中，P为燃气轮机进气压强，T为燃气轮机进气温度，w为燃气轮机轮盘转速，为燃气轮机轮盘转速变化率；
[0020]基于m组燃气轮机进气参数曲线与n组燃气轮机轮盘温度场标签，计算分析得到m
×
n组进气参数曲线对应的燃气轮机轮盘最大应力值σ
max
及出现时间t
max
作为训练样本集。
[0021]本专利技术方法的进一步改进在于，所述获取n组启动过程中的燃气轮机的进气参数和轮盘温度场标签，获得初始数据集的过程中，每个采样时刻的轮盘温度场标签的获取步骤包括：
[0022]测量获得采样时刻t下燃气轮机的进气参数式中P
t
为t时刻下燃气轮机进气压强，T
t
为t时刻下燃气轮机进气温度，w
t
为t时刻下燃气轮机轮盘转速，为t时刻下燃气轮机轮盘转速变化率；测量得到轮盘通流区域外表面气体温度分布DT
t
；
[0023]根据燃气轮机的轮盘形状参数，建立轮盘有限元分析模型；其中，所述轮盘有限元分析模型的计算边界包括：轮盘的通流区域外表面与进气的换热视为第三类边界条件；轮盘左右侧壁面以及轮盘内部空腔面视为绝热边界；轴线视为绝热边界；轮盘左右轴承和轴承座处视为第一类等温边界条件；
[0024]对所述轮盘有限元分析模型进行瞬态热分析，获得轮盘整体温度分布TF
t
；将轮盘整体温度分布TF
t
输入至预训练好的温度场自编码器，获得t时刻下轮盘温度向量TV
t
；其中，所述温度场自编码器用于将包含较多节点温度信息的轮盘整体温度分布TF
t
降维与特征提取，获得更低维度且保留温度分布特征的温度向量TV
t
。
[0025]本专利技术方法的进一步改进在于，所述温度场自编码器为深度自编码器、欠完备自编码器、去噪自编码器或稀疏自编码器。
[0026]本专利技术方法的进一步改进在于，所述温度场自编码器为欠完备自编码器时，预训练好的温度场自编码器的获取步骤包括：
[0027]获取训练样本数据集，包括：随机生成一组包含a个轮盘通流区域外表面温度值AT1,AT2,AT3…
AT
a
；根据建立的轮盘有限元分析模型进行稳态热传递分析，边界条件为轮盘的通流区域外表面视为等温边界条件；轮盘左右侧壁面以及轮盘内部空腔面视为绝热边界；轴线视为绝热边界；轮盘左右轴承和轴承座处视为第一类等温边界条件；分析得到AT1,AT2,AT3…
AT
a
边界条件下对应的一组有限元模型全场温度分布TF1,TF2,TF3,
…
TF
a
作为温度
自编码器的训练样本数据集；
[0028]训练样本数据集同时作为输入和标签来训练欠完备自编码器，损失函数选择为最小均方误差损失函数L
MSE
，表达式为，式中，为解码器输出值；
[0029]对神经网络的权值进行迭代使得损失函数满足预设条件，得到训练好的温度自编码器。
[0030]本专利技术方法的进一步改进在于，所述应力分析预测模型为卷积神经网络、长短期记忆网络或深度神经网络。
[0031]本专利技术方法的进一步改进在于，所述基于所述预出现的轮盘最大应力值和预设轮盘安全应力区间的比较结果，实现燃气轮机安全启动的步骤具体包括：
[0032]将所述预出现的最大应力值与预设轮盘安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法，其特征在于，包括以下步骤：获取待启动燃气轮机的进气参数以及轮盘温度场向量；基于获取的进气参数以及轮盘温度场向量，采用预训练好的应力分析预测模型获得预出现的轮盘最大应力值；基于所述预出现的轮盘最大应力值和预设轮盘安全应力区间的比较结果，实现燃气轮机安全启动；其中，所述应力分析预测模型为神经网络模型；获取所述预训练好的应力分析预测模型的步骤包括：获取训练样本集；所述训练样本集的每个训练样本均包括采样时刻的进气参数以及对应的轮盘应力标签；训练时，将选定训练样本中的采样时刻的进气参数输入神经网络模型中，获得轮盘应力预测值；获取轮盘应力预测值与选定训练样本中的轮盘应力标签的差值，基于所述差值更新神经网络模型的参数，达到预设收敛条件获得所述预训练好的应力分析预测模型。2.根据权利要求1所述的一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法，其特征在于，所述获取训练样本集的步骤具体包括：获取n组启动过程中的燃气轮机的进气参数和轮盘温度场标签，获得初始数据集；基于所述初始数据集，采用拉丁超立方抽样获得m组燃气轮机进气参数曲线；其中在，燃气轮机进气参数曲线式中，P为燃气轮机进气压强，T为燃气轮机进气温度，w为燃气轮机轮盘转速，为燃气轮机轮盘转速变化率；基于m组燃气轮机进气参数曲线与n组燃气轮机轮盘温度场标签，计算分析得到m
×
n组进气参数曲线对应的燃气轮机轮盘最大应力值σ
max
及出现时间t
max
作为训练样本集。3.根据权利要求2所述的一种基于轮盘应力快速评估的燃气轮机安全启动方法，其特征在于，所述获取n组启动过程中的燃气轮机的进气参数和轮盘温度场标签，获得初始数据集的过程中，每个采样时刻的轮盘温度场标签的获取步骤包括：测量获得采样时刻t下燃气轮机的进气参数式中P
t
为t时刻下燃气轮机进气压强，T
t
为t时刻下燃气轮机进气温度，w
t
为t时刻下燃气轮机轮盘转速，为t时刻下燃气轮机轮盘转速变化率；测量得到轮盘通流区域外表面气体温度分布DT
t
；根据燃气轮机的轮盘形状参数，建立轮盘有限元分析模型；其中，所述轮盘有限元分析模型的计算边界包括：轮盘的通流区域外表面与进气的换热视为第三类边界条件；轮盘左右侧壁面以及轮盘内部空腔面视为绝热边界；轴线视为绝热边界；轮盘左右轴承和轴承座处视为第一类等温边界条件；对所述轮盘有限元分析模型进行瞬态热分析，获得轮盘整体温度分布TF
t
；将轮盘整体温度分布TF
t
输入至预训练好的温度场自编码器，获得t时刻下轮盘温度向量TV
t
；其中，所述温度场自编码器用于将包含较多节点温度信息的轮盘整体温度分布TF
t
降维与特征提取，获得更低维度且保留温度分布特征的温度向量TV
t
。4.根据权利要求3所述的一种基于轮盘应力快速评估的燃气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荻，朱光亚，郭鼎，谢永慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：