船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法、系统及终端与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及旋转类机械状态监测技术领域，尤其涉及一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法、系统及终端。背景技术：2.燃气轮机是一种重要的船舶动力装置，一般由压气机、燃烧室、涡轮、辅助设备等部件构成，通过将气体压缩、燃烧后在透平中膨胀，把热能转换为机械能，进而输出机械功率驱动齿轮箱等各类负载。燃气轮机能否正常、顺利起动直接影响着燃气轮机能否快速投入使用，一旦燃机起动失败，将导致整个动力系统崩溃，进而直接影响船舶的机动性。3.船用燃气轮机的起动过程是一个多系统、多设备交叉耦合的复杂过程。对于典型的船用燃气轮机而言，其起动过程涉及低压压气机、高压压气机、燃烧室、动力涡轮等多个部件间的协同工作，当其中某一工作步骤出现异常时将直接影响到燃气轮机能否正常起动，因此燃气轮机起动过程的精细化监测与状态评估对于及时发现起动过程中的异常状态、降低燃机维护成本具有非常重要的意义与工程应用价值。4.目前对于船用燃机起动过程的监测与状态评估仅选取输出转速作为评估指标参数，基于多次起动过程的历史数据样本进行统计分析获取正常的起动过程曲线带，通过对比实时转速线与正常曲线带来评估起动过程的状态；然而，燃机起动过程是一个复杂的多系统耦合工作过程，仅对输出转速进行监测与评估不能全面精细化反映起动过程中各部件的工作状态，且仅按照该方法所设定的曲线带进行监测易出现因虚警而导致不必要的停机检查；即使部分工程应用中对起动过程的多个参数进行同时监测，也仅采用基于极限值的阈值设定方法设定固定阈值对各参数进行报警监测，导致使用者无法在使用过程中及时精确掌控多个参数的预警及各参数的偏离正常状态程度的情况，一旦出现报警，燃机可能已出现较为严重的故障，无法满足使用者在燃机起动过程中精细化监测与评估、及时发现异常、降低维护成本的需要。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法、系统及终端，用以解决现有技术中监测评估水平低、维护成本高及易出现虚警的难题。6.本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：7.本发明提供了一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法，包括：分析船用燃气轮机的启动过程以选取至少四个目标参数组成监测参数组，并根据所述监测参数组创建状态评估的评估参数向量组；基于燃气轮机正常运行的历史数据，为所述监测参数组中的每个所述目标参数在目标时间段内每一时刻下设置上限阈值和下限阈值；根据所述历史数据和所述评估参数向量组形成标准参数向量组，并为所述标准参数向量组设定其在所述目标时间段内每一时刻下的评估阈值；基于燃气轮机的起动监测点触发，利用对应的各个所述上限阈值与下限阈值对所述监测参数组中对应的所述目标参数进行实时预警监测；实时监测所述评估参数向量组与所述标准参数向量组之间的欧式距离，并根据所述欧式距离与所述评估阈值对燃气轮机进行状态评估；根据所述预警监测的结果与所述状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议。8.优选的，其中，所述至少四个目标参数包括低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、燃气平均温度、动力涡轮转速。9.优选的，其中，为所述监测参数组中的每个所述目标参数在目标时间段内每一时刻下设置上限阈值和下限阈值按照三西格玛方法进行。10.优选的，其中，所述根据所述预警监测的结果与所述状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议包括：基于所述预警监测的结果或所述状态评估的结果异常，所述使用决策建议为提醒用户保持监视并做好执行故障保护的准备；基于所述预警监测的结果和所述状态评估的结果均正常，所述使用决策建议为继续保持所述预警监测和所述状态评估。11.优选的，其中，所述根据所述预警监测的结果与所述状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议还包括：基于所述预警监测的结果和所述状态评估的结果均异常，所述使用决策建议为提醒用户执行停机检修流程。12.优选的，其中，根据所述历史数据和所述评估参数向量组形成所述标准参数向量组时先对所述历史数据中的各样本数据进行对齐处理。13.优选的，其中，所述目标时间段段以起动监测点触发为时间起始点，以工况运行监测点触发为时间末尾点。14.本发明还提供了一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估系统，包括：执行任一项前述的船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法的模块。15.本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述存储介质是计算机可读存储介质，且所述程序被执行时实现任一项前述的船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法。16.本发明还提供了一种终端，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项前述的船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法。17.本发明至少具有以下特点及优点：18.本发明根据燃气轮机的结构组成及起动过程工作原理选取低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度四个参数作为起动过程监测参数，针对船用燃气轮机的起动过程。此外，本发明能够精细化监测起动过程的参数预警情况及运行状态偏离程度，并根据监测评估结果为使用者提供决策建议，以提升燃机起动过程的监测评估水平、及时发现燃机起动过程的异常状态、降低燃机的维护成本。附图说明19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。20.图1为本发明船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法流程框图；21.图2为本发明船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法流程框图；22.图3为本发明船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法流程图；23.图4为本发明参数预警上下限阈值设定流程框图；24.图5为本发明状态评估标准参数向量组及评估阈值设定流程图；25.图6为低压压气机转子转速各个时刻下平均值的示意图；26.图7为低压压气机转子转速在各个时刻下标准差值的示意图；27.图8为低压压气机转子转速上下限阈值设定结果的示意图；28.图9为设定的欧式距离阈值曲线图；29.图10为低压压气机转子转速参数监测过程的示意图；30.图11为高压压气机转子转速参数监测过程的示意图；31.图12为燃气平均温度参数监测过程的示意图；32.图13为本发明实施例测试结果示意图；33.图14为本发明的终端的结构框图。具体实施方式34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。35.实施方式一36.本发明提供了一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估方法，请参见图1至图13，包括：37.s1、分析船用燃气轮机的启动过程以选取至少四个目标参数组成监测参数组，并根据监测参数组创建状态评估的评估参数向量组；38.其中，至少四个目标参数包括低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、燃气平均温度、动力涡轮转速。39.s2、基于燃气轮机正常运行的历史数据，为监测参数组中的每个目标参数在目标时间段内每一时刻下设置上限阈值和下限阈值；40.在一些实施例中，为监测参数组中的每个目标参数在目标时间段内每一时刻下设置上限阈值和下限阈值按照三西格玛方法进行。41.在一些具体实施例中，目标时间段段以起动监测点触发为时间起始点，以工况运行监测点触发为时间末尾点。42.s3、根据历史数据和评估参数向量组形成标准参数向量组，并为标准参数向量组设定其在目标时间段内每一时刻下的评估阈值；43.在一些实施例中，根据历史数据和评估参数向量组形成标准参数向量组时先对历史数据中的各样本数据进行对齐处理。44.s4、基于燃气轮机的起动监测点触发，利用对应的各个上限阈值与下限阈值对监测参数组中对应的目标参数进行实时预警监测；45.s5、实时监测评估参数向量组与标准参数向量组之间的欧式距离，并根据欧式距离与评估阈值对燃气轮机进行状态评估；46.s6、根据预警监测的结果与状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议。47.本发明能够精细化监测起动过程的参数预警情况及运行状态偏离程度，并根据监测评估结果为使用者提供决策建议，以提升燃机起动过程的监测评估水平、及时发现燃机起动过程的异常状态、降低燃机的维护成本。48.在一些实施例中，请参见图2，s6、根据预警监测的结果与状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议包括：49.s61、基于预警监测的结果或状态评估的结果异常，使用决策建议为提醒用户保持监视并做好执行故障保护的准备；50.s62、基于预警监测的结果和状态评估的结果均正常，使用决策建议为继续保持预警监测和状态评估。51.在一些实施例中，请参见图2，s6、根据预警监测的结果与状态评估的结果生成燃气轮机的使用决策建议还包括：52.s63、基于预警监测的结果和状态评估的结果均异常，使用决策建议为提醒用户执行停机检修流程。53.本发明的工作原理如下：54.本发明针对船用燃气轮机的结构组成及起动过程工作原理，选取了低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、燃气平均温度、动力涡轮转速四个参数，一方面通过统计分析方法构建各参数运行过程中各时刻的上下限阈值，对单参数运行过程中的状态进行实时的预警监测；另一方面围绕上述四参数建立评估参数向量组，通过监测参数向量组与基于历史数据的标准参数向量组间的欧式距离，对燃机起动过程偏离正常状态情况进行评估；通过以上两种方式对燃气轮机的起动过程进行监测及状态评估，以及时发现燃机起动过程的异常状态，降低燃机的维护成本。同时，为降低虚警影响，降低不必要的停机过程，本发明还提供了一种起动过程状态异常下的决策逻辑判断，当参数预警监测与状态评估同时出现异常时，提示使用者停机执行维修，当二者间仅出现一种异常时，提示使用者保持监视，并做好故障保护准备。55.本发明的具体步骤如下：56.步骤0：选取监测参数组57.船用燃气轮机主要结构包含压气机、燃烧室、涡轮、控制系统及辅助设备。在起动过程中，低压压气机首先投入运行升速，随后，高压压气机转子在气流作用下转动升速，经过等离子点火后，燃烧室燃烧产生高温燃气带动动力涡轮转动，燃气轮机完成起动。根据以上过程描述，可以判断低压压气机、高压压气机、燃烧室、动力涡轮为燃气轮机起动过程中的核心运行部件，因此，本发明选取低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、燃气平均温度、动力涡轮转速作为燃气轮机起动过程的监测参数组。58.步骤1：设定参数预警监测上下限阈值59.(1)通过燃气轮机状态监测系统采集燃气轮机运行的历史数据；60.(2)遍历历史数据，以“起动”监测点触发为时间起始点，以“工况运行”监测点触发为时间末尾点，截取n组燃气轮机起动过程中“低压压气机转子转速nl、高压压气机转子转速nh、动力涡轮转速np、燃气平均温度tavg”四个监测测点的历史数据作为训练样本，以低压压气机转子转速nl为例，表示为：[0061][0062]其中，i＝1，2，3，…，n表示样本，j＝1，2，3，…，m表示起动过程采样时刻，高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度表示方式同理，不再赘述。[0063](3)针对每一时刻的样本，按照3西格玛方法设置每一时刻参数的上下限阈值。以低压压气机转子转速为例，按照采样时刻排列，可表示为：[0064]nl＝[nl1 nl2ꢀ…ꢀnlj][0065]其中，j＝1，2，…，m，表示起动过程采样时刻，计算各个时刻下转速平均值：[0066][0067]及标准差：[0068][0069]则设置低压压气机转子转速在第j时刻的上下限阈值分别为：[0070][0071][0072]高压压气机转子转速、燃气平均温度、动力涡轮转速参数预警监测上下限阈值设置方式与低压压气机转子转速设置方式一致，不再赘述。[0073]步骤2：设定状态评估标准参数向量组及评估阈值[0074](1)通过燃气轮机状态监测系统采集燃气轮机运行的历史数据；[0075](2)遍历历史数据，以“起动”监测点触发为时间起始点，以“工况运行”监测点触发为时间末尾点，截取n组燃气轮机起动过程中“低压压气机转子转速nl、高压压气机转子转速nh、动力涡轮转速np、燃气平均温度tavg”四个监测测点的历史数据作为训练样本，并对各样本进行数据对齐操作，确认每一时刻四个参数完全对齐，形成状态评估参数向量组样本x：[0076][0077]其中，i＝1，2，…，n，表示样本组别；[0078][0079]其中，j＝1，2，…，m，表示采样时刻；[0080](3)计算各时刻样本的平均值，形成标准评估参数向量组样本xavg：[0081][0082]其中，j＝1，2，…，m，表示采样时刻；[0083][0084]代表n组低压压气机转速在起始时刻的平均值；[0085](4)计算各个时刻下状态评估参数向量组样本与标准参数向量组样本的欧式距离δi*j，并设置各时刻欧式距离的阈值：[0086][0087]则设置j时刻评估参数向量组与标准参数向量组间的欧式距离阈值为：[0088]dj＝max(δj)＝1.25*max{δ1，j，δ2，j，…，δi，j}[0089]其中，i＝1，2，3，…，n，代表样本组别；[0090]最终，获取评估参数向量组与标准参数向量组的欧式距离阈值为：[0091]d＝[d1 d2ꢀ…ꢀdm][0092]步骤3：在实际运行过程中，在燃气轮机“起动”监测点触发后，实时监测燃气轮机起动过程参数信息；[0093]步骤4：起动过程各参数预警监测[0094]根据步骤1所设置的低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度四个参数的上下限阈值对参数预警状态进行监测；[0095]步骤5：起动过程状态评估[0096]实时监测根据步骤2所设置的由低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度组成的状态评估参数向量组与标准参数向量组的欧式距离，当评估距离超出设定阈值时，给出状态异常的提示；[0097]步骤6：根据监测评估结果的逻辑判断为使用者提供使用决策建议[0098]当无参数预警且状态评估结果为正常时，继续对状态进行监测与评估；当仅出现监测预警或状态评估结果为异常二者其一情况时，提醒使用者保持监视，同时做好执行故障保护的准备；当出现参数监测预警及状态评估结果为异常情况时，提醒使用者执行停机检修流程。[0099]由以上技术方案可见，本发明针对船用燃气轮机的结构组成及起动过程的工作原理提出了以“低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度”构成的起动过程监测参数组，并以以上参数组为基础提供了一种船用燃气轮机的起动过程监测及评估方法：首先，积累多组正常起动过程运行的历史数据形成训练样本，通过对每一运行时刻的各参数样本数据进行统计分析，按照3西格玛方法设置各参数的预警限值；其次，以以上参数构成参数向量组，计算每一起动时刻下各参数组的平均值作为标准向量组，计算各样本向量组与标准向量组的距离，通过寻找最大距离设定此方法的评估阈值；最后，在实际使用过程中，使用者实时监测各参数的预警状态与评估参数组的评估结果，当同时出现参数预警与评估结果异常时，提醒使用者停机维修，当二者仅出现一种情况时，提示使用者注意监视同时做好故障保护准备。最终实现对起动过程参数预警情况及运行偏离正常状态程度的精细化监测，并根据监测评估结果为使用者提供决策建议，以提升燃机起动过程的监测评估水平、及时发现燃机起动过程的异常状态、降低燃机的维护成本。[0100]下面结合图3至图13所示的燃气轮机起动过程监测与状态评估流程图对本发明方法做进一步举例描述。[0101]本发明的基本步骤包含以下步骤：[0102]步骤1：根据采集的燃气轮机正常起动历史数据训练得出低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度等参数的参数预警上下限阈值：[0103]例：以低压压气机转子转速阈值设定为例，开展参数预警上下限阈值的设定过程：[0104](1)通过某船燃气轮机状态监测系统采集5次同一燃气轮机运行的历史数据，以其中4组数据作为样本训练数据，1组作为验证数据；[0105](2)以“起动”监测点触发为时间起始点，以“工况运行”监测点触发为时间末尾点进行计数，发现该燃机起动过程总共耗时160s，且采样率为1hz，因此每个起动过程共采集160个历史数据点，整理低压压气机转子转速历史数据，得到低压压气机转子转速训练样本集：[0106][0107]其中，nl1＝{0，0，0，0，0，0，0，181，342，477，631，772，884，963，1016，1046，1064，1075，…………，3011}；nl2＝{0，0，0，0，0，0，0，186，339，456，637，766，872，958，1012，1035，1072，1079，…………，3021}…………。[0108](3)计算各起动时刻下各样本的平均值与标准差，见附图6、附图7；[0109](4)通过3西格玛原则设定低压压气机转速的上下限阈值，阈值见附图8；[0110]高压压气机转子转速、燃气平均温度的上下限阈值设定同理可得；[0111]步骤2：以以上四种参数作为评估参数向量组，通过计算各时刻向量组的平均值，获取标准参数向量组；通过计算、搜索各组样本数据与标准向量组的欧式距离的最大值，获取待评估参数组与标准参数组的欧式距离上限阈值：[0112]例：评估参数组与标准参数组欧式距离上限设定方法如下：[0113](1)通过某船燃气轮机状态监测系统采集5次同一燃气轮机运行的历史数据，以其中4组数据作为样本训练数据，1组作为验证数据；[0114](2)以低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度作为参数向量组，共形成4组参数向量组训练样本；[0115](3)计算4组参数向量组样本在各时刻下的平均值，作为标准参数向量组；[0116](4)分别求取4组参数向量组样本与平均值间的欧式距离；[0117](5)获取各时刻各样本参数向量组距离标准参数向量组的欧式距离，求取最大值，按照发明内容步骤2中所数方法设定欧式距离阈值，得到欧式距离阈值曲线如附图9；[0118]步骤3：在实际监测过程中，通过实时监测各参数的预警状态与评估参数组的评估结果判断燃气轮机起动过程状态，当同时出现参数预警与评估结果异常时，提醒使用者停机维修，当二者仅出现一种情况时，提示使用者注意监视同时做好故障保护准备：[0119]例：(1)将测试数据(正常起动过程的历史数据)代入以上方法，模拟实际起动过程中的监测与评估过程，可获取低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、燃气平均温度等实时参数预警监测情况如图10、图11、图12所示；实时评估参数向量组与标准参数向量组的欧式距离与设定的欧式距离阈值情况如图13所示；[0120](2)由以上附图可见，运行参数与评估参数向量组与标准参数向量组间的欧式距离均正常运行于所设定的阈值区间内，无需进行故障保护或停机维修。[0121]本发明至少具有以下特点及优点：[0122]本发明根据燃气轮机的结构组成及起动过程工作原理选取低压压气机转子转速、高压压气机转子转速、动力涡轮转速、燃气平均温度四个参数作为起动过程监测参数，针对船用燃气轮机的起动过程。[0123]实施方式二[0124]本发明实施例还提供了一种船用燃气轮机起动过程监测及状态评估系统，该系统包括执行实施方式一中任意一个实施例中方法的步骤的模块。本领域的技术人员应当了解，本发明提供的系统具有和实施方式一中的实施例一样的有益效果，在此就不再进行赘述。[0125]实施方式三[0126]本发明实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序11100，存储介质是计算机可读存储介质，且该程序被处理器12000执行时实现实施方式一中任一实施例方法的步骤。其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、dvd、cd-rom、微型驱动器以及磁光盘、rom、ram、eprom、eeprom、dram、vram、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器ic)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。具体执行过程可以参见实施方式一中的方法实施例的具体说明，在此不进行赘述。[0127]本领域的技术人员应当了解，本发明提供的存储介质具有和实施方式一中实施例一样的有益效果，在其中，就不再进行赘述。[0128]实施方式四[0129]本发明实施例还提供了一种终端10000，请参见图14，包括存储器11000、处理器12000及存储在存储器11000上并可在处理器12000上运行的计算机程序11100。其中该处理器12000执行该计算机程序11100时实现实施方式一中任一实施例的方法。具体执行过程可以参见上述方法实施例的具体说明，在此不进行赘述。[0130]本发明实施例中，处理器12000为计算机系统的控制中心，可以是实体机的处理器，也可以是虚拟机的处理器。本发明实施例中，存储器11000中存储有至少一条指令，该指令由处理器12000加载并执行以实现上述各个实施例中的方法。[0131]本发明的一个实施例中，处理器12000可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器12000可以采用dsp(digital signal processing，数字信号处理)、fpga(field－programmable gate array，现场可编程门阵列)、pla(programmable logic array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器12000也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称cpu(central processing unit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。[0132]存储器11000可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器11000还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在本发明的一些实施例中，存储器11000中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器12000所执行以实现本发明实施例中的方法。[0133]本领域的技术人员应当了解，本发明提供的终端10000具有和实施方式一中实施例一样的有益效果，在此就不再进行赘述。[0134]以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。









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