автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Информационное обеспечение процессов диагностирования для оценки технического состояния при управлении газотурбинными двигателями

На нравах рукописи

Шабаев Руслан Рафикович

«ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ГАЗОТУРБИННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ»

Специальность 05 13 06 - Лвтмашчация и управление 1ехн0л01ическими

процессами и произволе I вами (технические системы)

АВЮРЬФЬРА1 диссершции на соискание ученой степени кандидат 1ехнических наук

I Саша-Петербург

2007

003065839

Работа выполнена в Военно-морском инженерном институте

Научный руководитель

Доктор физико-математических наук

Дьяченко Александр Трофимович

Официальные оппоненты.

Доктор технических наук, профессор

Климов Евгений Николаевич

Кандидат технических наук, доцент

Морозов Владимир Владимирович

Ведущая организация

Научно-производственная фирма «Меридиан»

Защита состоится "/У " 2007 года в часов на заседании

диссертационного совета Д 223 009.03 при Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций по адресу: 198035, Санкт-Петербург, ул Двинская, д.5/7

С диссертацией можно ознакомиться в бибилиотеке Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций

Автореферат разослан «

/в » 2007 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 223 009 03 кандидат технических наук, доцент -

Барщевский Е Г

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Инновация 1азо1урбишшх деятелей (ГТД) как судовых энергетических установок связана с повышением рабочих значений параметров (температуры, давления газа и гд ) требует решения проблемы их безопасности, безотказности и надежное™, то есть возможности оценки технического состояния и прогнозирования их изменения Постоянно растущие требования к безошазносш уоановок, разработка мероприятий по обеспечению безопасности объектов энергетики требует совершенствования методов и способов управления, контроля и диагностирования технического состояния I азо турбинного двшагеля для предотвращения аварий с тяжелыми послсдс 1виями

Теоретическое решение задачи диа1 ностирования газо1урбинного двигателя на основе реализации информационных техноло1ий принятия решений об оценке их технического состояния связано с необходимостью описания взаимосвязанных мно1 онараметрических объектов, к которым относятся рассматриваемые установки

Основным требованием к ал1 оритмам распознавания причин проявления неисправности или склонения 01 нормальных режимов функционирования является возможность распознавания состояния объекта при наличии нескольких каналов измерения физических параметров (величин), изменения значений коюрых взаимосвязаны и каждый из которых характеризует состояние установки в целом

Создание автоматизированных систем технического диагностирования позволяет повысить безошазность установок за счет раннего обнаружения предпосылок к ожазам, чю дасх значительное снижение затрат при эксплуатации и управлении 1 азо турбинным двш ателем (

Известен ряд меюдов и способов 1есювою и функционального диагностирования, основанных на исследовании теплотехнических, газодинамических, вибрационных и других параметров Эти системы позволяют выявить примерно 50% возможных неисправностей газотурбинных двигателей, однако они не все1да достоверны из-за большого числа трудноучи-тываемых факторов, оказывающих влияние на техническое состояние двигателя

Учитывая вышесказанное, актуальна научная задача повышения эффективности сис1см управления и диагностирования 1азотурбины двигаге-лей на основе реализации информационных 1ехнологий принятия решений о его техническом состоянии на основе исследования методов системного анализа, теории распознавания образов, теории классификации и других

Цель диссертационной работы.

Повышение достоверноеIи процессов диагностирования газотурбинных двигателей на основе реализации информационного обееггечения процессов распознаваггия состояния газотурбинных двигателей и классификации области работоспособности но классам

Объект исследования.

Технология и организация ггроцессов контроля и диагностирования для оценки технического состояния при управлении газотурбинным двигателем

Предмет исследования.

Информационное, алгоритмическое и программное обеспечение процедур диагностирования и управления техническим состоянием газотурбинного двигателя Выявление достаточною множества информативных диагностических параметров, которое направлено на предупреждение отказов ГТД и обеспечение работоспособного состояния

Методы исследования.

Методологической основой и общетеоретической базой исследования является принцип системного анализа ггроцессов принятия решений но

оценке техническою состояния энер1 етического объекта на основе выборочного и комплексною исследования ряда измерений физических величин, а также анализа и синтеза сложных технических комплексов, функционального и магматическою анализа, теории вероятности и математической статистики, махематическою моделирования, теории идентификации и распознавания образов

Научная новизна:

1 Комплекс математических моделей физических процессов ГТД для диагностирования про I очной часш I азо турбинной, установки

2 Алгоритм формирования информативною набора диагностических параметров ГТД на основе формирования дискриминантных дихотомических функций для комплексной оценки технического состояния

3 Способ оценки весовых коэффициентов значимости параметров для дискриминантных функций при количественной оценке эффективности моделей диагностирования

4 Методика цифровою моделирования в нро1раммной среде МАТЬАВ комплексного анализа для формирования траекторий изменения технического состояния

Практическая ценность

В диссертации разрабо1аны методики определения множества наиболее информативных диа1носшческих параметров, обеспечивающие процедуры диагностирования Г 1Д с большей эффективностью, чем в принятых способах и методах диа1 носгирования I азотурбинных двигателей, а также

1 Сформировано оптимальное множество диш ностических параметров ГТД на основе построения дискриминантных дихотомических функций

2 Определен минимальный набор диа1 ностических параметров на основе разработки обобщенных параметров техническою состояния ГТД при развитии в двигателе повреждений

3 Разрабохан способ оценки диагностической ценности измеряемых

параметров при развиши повреждений элементов ГГД

4 Произведена сравни 1ельная оценка эффективности процедур диа1-ностирования при использовании рекомендованных и предложенных в диссертационной рабо i е дианюсшческих парамегров

Результаты работы реализованы в рамках НИР «Дилемма», «Лицензия», «Вариант», «Вариант-2», а [акжс внедрены в учебном процессе Военно-морского инженерною инсшгуч а при чтении курса лекций по дисциплинам «Эксплуатация энергсшческих установок морских судов», «Эксплуатация и ремонт корабельных i азо турбинных и дизель-газотурбинных ЭУ» Апробация работы. Основные положения и результант диссертационной работы обсуждались и получили одобрение па следующих научно-технических и теоретических конференциях

- семинар энергетической секции HIО им А Н Крылова (ноябрь 2002),

- научно-технической конференции III 1С ВМИИ (ноябрь 2002 г, март 2003 г, 2004 г),

- на заседаниях кафедры автоматики и газотурбинных установок в ВМИИ (2003, 2004, 2005, 2006 гг),

- на заседаниях кафедры ав! ома тики СНГУВК (2007 г),

- на заседаниях кафедры энер! етических установок BMA им Н Г Кузнецова (2006,2007 ц)

- в Камчатском юсударс1 венном 1ехническом университете (2006 г)

Публикации:

Основное содержание работы опубликовано в 12 печатных изданиях

Структура и объем работы. Диссертация состойi из введения, четырех глав основного текста, заключения, приложений и списка литературы Общий объем работы составляет 148 страниц, в юн числе 12 рисунков, 12 таблиц и списка использованных источников из 84 наименований

II .СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлены актуальность темы исследования, объект и предмет исследования, сформулирована научная проблема и задачи исследования

В первой главе рассмафиваюгся ор1 анизационно-технические требования, предъявляемые к I 1Д На основе анализа отказов и повреждений газотурбинных двигателей показано, что предлагаемая в руководящих документах совокупность диа1носшчсских параметров не достаточно обеспечивает полно ту и достоверность диагноза, нов свою очередь определяет теоретические и экспериментальные исследования диссертационной работы, направленной на разработку методик определения оптимального множества диагностических параметров газотурбинных двигателей

Во второй главе представлены методы и методики составления математических моделей физических процессов, протекающих в газотурбинном двигателе, приведена юрмо! азодинамическая модель ГТД

Выполнен анализ методов математического моделирования ГТД с целью определения наиболее рациональных способов и приемов моделирования, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к моделям, используемым при решении задач кон гроля и диа1 ностирования, а также для выявления полноты реализации этих требований существующими моделями и путей совершенствования моделей в целях решения поставленной задачи корректной оценки 1схническо1 о сосюяния ГТД

Для составления математической модели 1 ТД использованы известные методы, разработанные в Ф1 УП НПО «Аврора» и ВМИИ для научно-исследовательских и диагностических моделей, применяемых для отладки систем управления, диагностических алгоритмов, тренажерных комплексов

При составлении математической модели ГТД для упрощения состава уравнений связи, входящих в состав классической модели, использованы

вспомогательные зависимое ш в виде

( ^ )гй ( Т ~н )7Р которые являются резульгаюм совместного решения уравнений баланса

расхода газа через все турбины, степеней повышения давления в компрессорах и понижения давления в турбинах

где хтв —приведенный расход газа через ТВ, 'Д

1 - перепады температур в турбинах,

- суммарная степень сжатия воздуха в компрессорах

«Базовая» математическая модель исправного 1ТД, составленная по методике «упрощенного»нелинейно1 о моделирования, относится к моделям допустимого уровня сложности, которые описывают достаточно достоверно рабочие процессы во всей проточной части двигателя, геометрические размеры которо1 о заданы

Адекватность предлагаемой математической модели исправного ГТД проверена при сравнении значений расчетных параметров с данными расчета параметров 1 IД на частичных режимах работы, выполненного проектантом двигателя

Для использования математической модели ГТД в качестве инструмента разработки алгоритма диагностирования двигателя в исходную модель введены для имитации воздействия на исследуемый объект следующие эксплуатационные факторы

— солевой занос проточггой части компрессоров,

— солевой занос проточной части турбин,

— протечки воздуха за КПД,

— протечки воздуха за КВД,

— протечки 1 аза перед С Г,

— коррозионггое повреждение IВД

Выбор для моделирования указанных факторов был обоснован

1 Наличием резулмаюв соо!ве1С1вующих натурных испытаний ГТД, что позволило осущес1вигь проверку адекватности разрабатываемой математической модели

2 Оценкой возможных «негативных» последствий для ГТД развития рассматриваемых эксплуатационных факторов

Учет влияния перечисленных факторов реализован корректировкой соответствующих коэффициентов в уравнениях отдельных звеньев ГТД, в результате которой уравнения исходной модели приобрели вид.

' (Э-н схки otrH АТШ- bH ATth/tjThk)

dt пн

-—- (авосквсс1в ДТтв-Ьв АТтв/т|ткв)

dt пв

^КН Окн G (Та) /

акн G (Ta+ AT кн/ ' ^кн

Ттв~(Та + АТКН + акн ATKB)GTB + атв В QPH/(G акн акв) G=xIB тсх.х., / [акн акв (Ттв)0,5]

(Лу)т?= (arB Tti + bTB)Г|тв )тн= (йтн Kz + Ьтн) Ц1и (у )тр= (атр

Ьтр) Т|тр

где CtKH,CtKB- относительные изменения отборов воздуха за КНД и КВД,

(ХТВ,(ХТН- относительные изменения протечек газа через уплотнения

ТВД иТИД,

8ВЗ - относительное изменение сопротивления воздухозаборника, Т)тнк,Т|хкв - относительные изменения КПД турбокомпрессоров, Т]тв,г|тн,г|тр . относительные изменения КПД ТВД, ТНД и силовой

турбины, вызванные обгоранием лопаток, Хт -относительное изменение пропускной способности газовоздушного тракта, С)рН -изменение сортности топлива

Известно, что засоление проточной части ГТД приводит к деформации характеристик КНД и заметному снижению его КПД Степень деформации характеристик КПД и изменение КПД КНД и турбин зависит от относительного количества оседающей на лопатках соли и от режима работы двигателя При этом относительное смещение каждой точки характеристики засоленного компрессора по сравнению с исходным положением (§с-0) и относительное изменение КПД турбины представлены в виде зависимостей

Ахкн/хкн0 =

А (7Гкн-1)/(Якн0-1)=^1(&!)

ЛЛкн/ЛкнСГ^зЫ г]тс=Г4(§с,Рт,Нт)

где Ег,Нт —площадь соплового аппарата на входе в турбину и порядок расположения турбины в 1 азовом тракте, индекс «с» характеризует па-

раметры ГТД перед солевым заносом

Корректировка магматическою описания параметров засоленного ГТД

ХК„С = [1 + Шс)]ХкнО

ПКи = ЯИ10 [1 + Г2(&)] —Гг(&:) + 1

(4)

ДТкнс = АТкн0/[1+Г3(Ес)]

где «с,н,в,кн,квдн,тв,1р,» - параметры засоленного двигателя и параметры турбокомпрессоров низкою и высокою давления, компрессоров низкого и высокого давления, турбин низкого и высокого давления, про-пульсивной турбины

Адекватность разработанной математической модели ГТД с учетом влияния эксплуатационных факторов проверена по результатам натурных испытаний ГТД типа ДР-59, а 1акже по диагностическим матрицам неисправностей, разработанным в ЦНИИ им акад АН Крылова

Анализ разрабошшой магматической модели ГТД подтвердил ее непротиворечивость в оIношении сущес1вующих моделей и достаточную согласованность с результатами натурных испытаний, что позволило ее использовать в качестве инструмента для формирования оптимального множества диагнос гических парамефов 1 азотурбинных двигателей

В третьей главе изложена методика формирования информативного набора диагностических параметров ГГД на основе формирования дис-криминантных дихотомических функций и расчета их весовых коэффици-

енюв

Задача отбора информативных признаков при оценке технического состояния ГТД входит в общую проблему минимизации объема исходной информации о распознаваемых сосюяниях Смысл минимизации заключается в выделении из исходной информации в первую очередь тех признаков, которые доставляют необходимые сведения о различиях между классами, подлежащими распознаванию

Анализ исследований, посвященных проблеме выбора наиболее информативных параметров при ортанизации процессов контроля и диагностирования показывает, что большая часть методов предполагает решение задач минимизации на качественном уровне без расчета количественных оценок. При наличии адекватной математической модели сложного технического объекта (I 1Д) возможно разработать соответствующие способы минимизации, позволяющие рассчитывать «весовые» значения параметров контроля (диагностирования) и на их основе формировать минимизированный набор параметров

Для предварительною отбора параметров, достаточною для распознавания техническою состояния проточной части ГТД, предложено формировать линейные дискриминантные функции каждого из предложенных диагнозов (распознаваемые классы)

• солевой занос компрессорной проточной части (класс 1),

• солевой занос турбинной проточной части (класс 2),

• протечки воздуха за КНД (класс 3),

• протечки воздуха за КВД (класс 4),

• протечки т аза перед СТ (класс 5),

• коррозионные повреждения 1ВД(класс6)

Дискриминангная функция для диагноза предложена в виде

/, (*) = Ялхх + А,2*2 + Л,зхэ + - + + 1 (5)

где Хл,. ,ХпЫ +1 - «весовые» коэффициенты,

я,, ,xN- компонсшм век юра х = (хх,х2, , описывающего состояние прогонной часш в мноюмерном пространстве признаков (параметров)

Если fj (*) - функция, описывающая «неповрежденную» проточную часть и выполняется условие

(6)

то ставится диагноз о принадлежности состояния проточной части ГГД к i -му классу В том случае, koi да значение весовых коэффициентов Я настолько малы (незначимы), что сохраняется неравенство (6) при исключении этих коэффициентов из f¡, /у, то можно говорить о сокращении размерности пространства и решении задачи минимизации параметров контроля (диагностирования)

Предложенный метод относится к методам линейного разделения пространства признаков, по для случая пересекающихся классов, koi да исходное пространство признаков без 1рубых ошибок линейно разделить нельзя, подобный подход к минимизации неправомочен В качестве гипотезы можно предложить, что линейное разделение пространства признаков характерно при развитии в проточной части ГГД одной неисправности, при «кратном» же наложении неисправностей требуются другие способы нахождения разделяющей гиперповерхности. Используемая гипотеза может быть проверена в процессе формирования дискриминантных уравнений на основании георсмы Повикова-Розенблатта, которая формулируется следующим образом

Если возможно разделение диат нозов I и J с помощью линейной разделяющей функции, то процедура разделения осуществляется за конечное число предъявляемых к обучению эталонных образов и за конечное число исправлений УП, с увеличением числа эталонов «весовые» коэффициенты Л не меняются Ьсли диагнозы линейно неразделимы, то циклы,

содержащие 01 раниченнос число исправлений т будут повторяться

Для реализации предла! аемо! о подхода к решению задачи минимизации параметров кош роля используется меюд дихотомий и сформированы 6 нар дискриминашных функций

/л' //! ' /(2' /у2, //3> ,./¡6'//6 (7)

для каждой из которых определив достгочный для контроля диагностирования /-го повреждения объем контролируемых параметров Анализируя совокупности выбранных параметров, возможно сформировать минимизированный набор парамефов для случая пересечения классов. При этом задача минимизации параметров сведена к определению и анализу весовых коэффициенте, определяющих дискриминан гные функции

/¡'/у

При решении задачи диагностирования выполняется ранжирование признаков но «весам» с последующим исключением параметров с наименьшими весовыми коэффициентами и формальное распознавание реализаций, вошедших в Т, и 7) со значимыми Бу по следующим трем правилам

Правило 1

'' У 1/ 1 «о

7 « *R{Sy) (иу'еу.)

77=IZ--Е--(8)

" г h 1 л,

где - элеменш таблиц Т„ Ту,

R(Sy) - весовые коэффициешы признаков Sy,

П], По - число строк в таблицах Т, и Tj cooгветственно,

Yl - распознаваемая реализация для 1аблиц Т, и Т} (матрица-сфока бинарных признаков)

/ . I

Если Т]\ > Ц\ , ю 1-я реализация относится к /-му классу, если Ц\ = Т]{ , - распознавание не производится

Правило 2

(|7тт)!=ш*п1ВД0 (««Фу,)

Если (Т}тт)[ > (Т]тт )/ , ю 1-я реализация относится к г-му классу

Правило 3

=П1(Лтт)( (Ю)

Если N1 > N1, ю 1-ая реализация относится к г-му классу

При выполнении двух из трех правил распознавания набор параметров считается сформированным В прошеном случае в набор включаются последовательно признаки с меньшими весовыми коэффициентами с последующей проверкой по правилам (8) - (10) Программа расчета весов признаков приведена в приложении диссертации

Четвертая 1лава содержит 1схноло1ию определения набора диагностических парамефов меюдом пивных комнонеш при многомерном шкалировании индивидуальных различий В главе выполнена сравнительная оценка эффективносш процедур диагностирования при использовании рекомендованных и предложенных в диссертационной работе диагностических параметров

В главе 4 изложены с1ашсшческие способы минимизации параметров диагностирования, базирующиеся на выявлении латентных характеристик двигателя, определяемых при развиши тех или иных видов повреж-

дений ГТД В основе этих способов используется специальная обработка матриц параметров (матриц наблюдений), приводящая к снижению размерности исходного пространс1ва признаков Основанием для снижения размерности подобных магриц являю 1ся следующие особенности.

ГТД, что предопределено взаимосвязанностью физических процессов, протекающих в элемешах двигателя,

малая вариабельность параметров. Выявление информашвного набора диагностических параметров методом главных комнонеш с последующей Iеометрической интерпретацией результатов матемашчсски выполняется следующим образом

1 Исходными данными для определения диагностического набора параметров являются матрицы, анализируемых блоков параметров, которые интерпретируются как реализация п - мерного случайного вектора в результате N наблюдений

2. Свойства данного случайного вектора с достаточной точностью описываются вектором математических ожиданий.

сильная взаимосвязанное гь (коррелированность) параметров

(П)

(12)

и корреляционной матрицей

п

КЫ ~ ку

(13)

или матрицей коэффициентов корреляций

(14)

где

(15)

3 Так как компоненты матриц параметров имеют различную физическую природу и измерены с помощью качественно различных технических средств, то перед вычислением корреляционной матрицы параметры приводятся к нормированной форме

У11 ~ У1

—--,/ = 1, 7 = 1,. (16)

Я7

А результаты наблюдения представляются в форме

п

г!/

4 Следующий этап расчета строится на известной процедуре вычисления главных компонент, коюрая в дальнейшем определенным образом модифицируется для получения «устойчивою» (инвариантного) трехмерного изображения

5 Модель компонентного анализа предполагает, что любой ¿-ый признак г может быть представлен в виде линейной комбинации главных

компонент в виде

Ь = а1А+а2/2+ -+ап/п, (18)

где /п - главные компоненты,

- вес ¡-ой главной компоненты в j-oй переменной 6. Главные компоненты fJ - некоррелированные между собой безразмерные переменные, представляют линейную комбинацию п - переменных

/ =аД+вЛ+ 2 • (19)

] и 1 /2 2 т п

7 Анализ главных компонент сводится к нахождению линейного ортогонального преобразования п наблюдаемых признаков с целью получения совокупности п некоррелированных нормированных переменных

дисперсии, которых обладали бы свойством

сг

'II-" \>21 уп!

То есть первая 1лавная компонента определяет максимально возможный вклад в суммарную дисиерсию результатов наблюдений, вторая -максимальный вклад в дисперсию, оставшуюся после исключения дисперсии, соответствующей первой пивной компоненте и г д

Рассмотренное преобразование эквивалентно преобразованию исходной матрицы к,, к матрице вида

о-2Ц)

о

о

ст202) 0

о о

о

0 0 (у\/п)

(21)

Для данной мафицы выполняв 1ся условие

п о П ")

2>2(/.) = 2>2(г.)

1---1 ' / -1 ]

(22)

Уравнение можно записав в векторно-матричной форме

*{п)=1\пАп}, (23)

где = - {^1 >¿2' ' гп) - нормированный вектор результатов

наблюдений,

^(п) ~ (Л)и ~ (Л'^2' ~ВСК,0Р птавных компонент

А[п] = К

'11 !21

12 '22

°]1 а ]2

'и

г2,

г2п

}п

-матрица

ап\ ап2 ат апк

ортогонального преобразования

Так как Ащ - ор 101 опальная матрица, то есть АщАщ - 1щ , где - единичная матрица, ю

Г<\п) = \п)М (24)

При заданной матрице дисперсия случайного вектора Рщ определяется

Щп))=г(п)Л4=Цпрг^пМы = 4»1*И4»] (25)

Для обеспечения однозначное 1 и вводится условие нормировки матрицы А

А{п)А[п\ = 1 (26)

Задача решается с помощью функции Лагранжа

V = А[п]к{п\Л\п] ~ ЯЦиИИ - О (27)

где Я - множитель Ла1 ранжа Вектор частных производных имеет вид

■Щ- = 2кщАщ - 2Ыщ (28)

Тогда характеристическое уравнение будет иметь вид

{кщ-11щ)Л[п] =0 (29)

Оно имеет решения, отличные 01 нуля, если матрица к^ — А/[и] -вырожденная, то есть кщ - Я/щ — 0

Характеристические корни матрицы кщ можно записать Я^ Я2 — Яй

Умножив формулу (29) слева на А^, получим

А[п}к[п}А{п] = & (30)

А[п\к[п\А[п\ является дисперсией вектора ^{п) Таким образом,

чтобы максимизировать дисперсию, необходимо взять наибольший характеристический корень корреляционной матрицы к Тогда первая главная компонента представлена уравнением

]7(п)1=2(п)А 1 (31)

с дисперсией Л, и 1д

Вычисление I лавных комнонен 1 совокупности результатов наблюдений в соответствии с выше припжым ашоригмом сводится к анализу матрицы корреляционных момстов и вычислению собс1венных чисел и собственных векторов эюй мафицы.

Ортогональное преобразование случайного вектора сохраняет инвариантность обобщенной дисперсии и суммы дисперсий компонент То есть обобщенная дисперсия век юра главных компонент равна обобщенной дисперсии исходною вектора, а сумма дисперсий главных компонент равна сумме дисперсий исходных величин

Учитывая, что первая пшвная компонента обладает наибольшими информационными харак!ерисшками (описывает 78-83% дисперсии исходных данных), то задача определения диагностических параметров ГТД по результатам наблюдений может быть сведена к скалярному случаю При этом автоматически решаелся проблема выбора весовых коэффициентов с„ где величина с шрае! роль решающей статистики При этом, следуя концепции компонентою анализа, с = с г - х- ортоюнальное линейное преобразование, такое, что

СОУ С = Е(сст) = с/шдЦ ,,, Лт) (32)

После определения 1 лавных компонент необходимо выполнить процедуру, известную как мноюмерное шкалирование индивидуальных различий (МШИР), позволяющая спроецировать главные компоненты на плоскость или в трехмерное пространство Подобное проецирование направлено на визуальное определение диагностического набора параметров по метрическим характеристикам

При плохой обусловленности мафии наблюдения, что свойственно для сильно коррелированных парамефов ГТД, необходимо провести дополнительные исследования для выявления координат главных компонент Содержание использованною в pa6oie метода следует из стандартного способа оценивания, используемо1 о при классическом регрессионном анализе

На рис 1 преде 1авлена блок-схема компонентного анализа, позволяющая получать изображение диапюстических i ипот ез в виде пространственных траекторий (вскюров) при различном сочетнии диагностических параметров

Предложенная схема реализована в программной среде MATLAB В блок-схеме использованы обозначения, принятые для соответствующих операторов языка программирования MATLAB

size - определение размера массива, cov — определение ковариационной матрицы элементов массива, mean - оператор для расчета средних значений массива,

eye - формирование единичной матрицы, [P,Q]=eig(S2,Sl> - вычисление собственных значений и собственных векторов, -функция eig вычисляет диагональную матрицу Q обобщенных собственных значений и матрицу Р правых обобщенных собственных векторов, удовлетворяющих соотношению S2*P = S1*P*Q. Причем эти векторы нормированы так, чю норма каждо! о из них равна единице

Предложенный способ мноюмерною шкалирования требует детального анализа и соответствующих вычислительных и натурных (стендовых) экспериментов для объекта исследования

Накогпеии«ст жга сшч «хоё Накошеяя« сгиеяеч^сксн

шфор^апкЕЕ процессе шнрорыадкн нзектных тиеж

аспрж нйй работы ГТЛ {Х> пмр-ждгши ГТД 00

Формирование выбор«; по

результат™ я: старин дат а (матрицы щ5людешпг):

ПроЕ^зений еьгя! лиыьного »*:£перимевт»в4 модели

- -..-. ■ ( ПргдБгрЕхетьЕа* Ерсверка мсдеи: иг адекватность

ПервюрШфввка ДОЕНЫХ нгЛ .ислении Б едннапах СКО

^прнведенЕг к безразмерным ЕНЦЧННК::' _____±_

Пр&ьгзгяя; .тспггсцщдя.'кег • лапа : рыулщризмгыгйих , т ; ■ ч1 X И V

Вычищение мзтриш вкутрзгрущгавого и мелтрткповогорассеяикн;

5Хн<сог<ХгСп1-«&

М=п1 *и№1п{Х)-да*тетЛ£) - средние >начення миссию:

5: =1М" М+0,0001МЗЙ-р^-лифжа дня

- р - ооишенныг яэЗствевкые аекгорч. (} — оооошенкьэе с&оственные значения с = Р(:.1) 2 к 1=Ри .Л - старшие собственны-? векторы

у1=ХМ: г1=ХЧ- главные з ОМФГОШЯ^ЩЕЬ!« компоненты

Вычисление дакРШКШЭЭШ компонент с введена^ параиэтром (г=0.0501). Ошнмшасиг г.

I

+

Вывел результатов е гриакрное пространство: Графический анализ ссЕскуниостидкагерсгичегкнх пер^егрев,.,

Рис. 1 Блок-схема компонента ого анализа для визуального определения опшмалшого мквдсества диагностических параметров

и ¡ J i i á

*ц \__L ,| il III I 1 1 1 1 1 i i

X, i

i "м __ Tfce. i_______

iiii («il ¡^^

■s t -3 -2 1 □ 1 2

; ¡

.....1 ■•«M Itt^B ;

¡

i ¡

... п

i t

1 .....

■

О -2 -(

Результаты проецирования »бучаювдиж выборок при различном сочетании диагностических параметров (пример) I - ÖToV.ÖT™

&ia,ßT„14...ST0XS

Ш- Tq4...T¿5 IV - n2, TQ4-. ТД4

■б Ч -Э -2 -1

! « 2

3

*

—, r- 4 o*

-

. IV %> 6 —

1

5 'i i- ......

Рис.2 Определение оптимального сочетания параметров даагоостнрованвж при различных повреждениях

С этой целью в рабою выполнено математическое моделирование двигателей, показаны характерные трафические интерпретации диагностических гипотез при различном сочетании параметров диагностирования, а также выполнены процедуры определения искомых наборов параметров для результатов стендовых испытаний (по данным ЦНИИ им акад.АН Крылова)

На рис 2, рис 3 показаны резулыагы проецирования обучающих выборок исправною и поврежденною двш а!еля при различном сочетании диагностических параметров и рсзульгаш расчетов «весовых» коэффициентов диагностических параметров

Результаты расчеюв показали, что наиболее информативным сочетанием параметров в процедурах диат ностирования может быть предложено следующее Т^-10, я-,, л-2, лг^, («температурное поле» за турбиной высокою или низкою давления, степени повышения давления воздуха в компрессорах, суммарная сюнень повышения давления воздуха в компрессорах, часто 1ы вращения компрессоров) При этом следует отметить, что наилучшие результаты при диашостировании дает применение именно «температурного поля», а наибольшими «весовыми» коэффициентами обладают не абсолютные значения измеренных параметров, а их отклонения от «эталонных» значений нсноврежденною двшагеля

В качес!ве критерия о 1 бора совокупности диашостических параметров могут быть использованы как «весовые» коэффициенты параметров диагностирования, так и расстояния Ь между соответствующими проекциями матриц наблюдения

КРИЛГГР:

ТАБЛИЦА ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Параметр 1-6 2-6 З-б 4-6 5-6

Рх Р4 Рх

ЯР, 5Р£ бРх 5РХ

П1 0,3« 0,24 0,18 0,18 0,21

0,45 0,28 0Д8 0Д7 0,17

п2 0,38 0,45 0,44 0,33 0.22

0,48 0,45 0.45 0,39 0,22

т1-10 0,88 0,77 0,7? 0,81 0,66

104 (1,83 0,77 0,78 0,81 0,71

0,64 0,79 0,76 0,6? 0,43

0,66 0,74 0,78 0,61 0,45

«2 0,62 ом 0,77 0,63 0,64

0,63 0,84 0,77 0,62 0,66

«2 0,67 0,45 0,75 0,60 0,60

0,66 0,51 0,76 0,60 0,60

В 0,30 0,23 0,24 0,32 0,40

0,3« 0,27 0,2!» 0,36 0,41

С, 0,35 0,24 0,35 0,45 0,59

(модель) 8.44 0,24 0,39 0,48 0,62

РФ 0,64 0Д5 6Д2 0.28 0,32

т 0,66 0,34 0,15 031 9,34

Шоврзедевве форсунок (температурное поле) 2.Отбор воздуха за КВД 3.Отбор воздуха за КНД

4. Коррозионное повреждение ТВД

5. Обрыв ЛИГ

6. Исвравиое состоя яве

КРИТЕРИЙ ОТБОРА СОВОКУПНОСТИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ (статистическая обработка)

ЬЦ

л®

• Мах

шах

СОЧЕТАНИЕ НАИБОЛЕЕ

ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГТД

Рнс 3 Результата расчетов «весовых» коэффициентов дкагаостнческЕХ параметров

К)

Эффективность процедур диагностирования для различного сочетания диагностических параметров оценивалась через известный критерий эффективности, принятый в технической диагностике «вероятность правильного распознавания» В работе показано, что рекомендуемый в работе набор диагностических параметров позволяет повысить эффективность диагностирования на 17-23%, чю определило выполнение поставленной в работе цели

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Вычисленные эксиеримешалыю-теоретические исследования по совершенствованию процессов диагностирования газотурбинных двигателей в процессе их функционирования на основе реализации информативного обеспечения процессов распознавания сосюяния газотурбинных двигателей и классификации области работоспособности по классам, позволили получить следующие научные результаты

1 Сформулированы ор1 анизационно- технические требования, предъявляемые к газотурбинным установкам с точки зрения возможности достоверности процедур диатостирования, методы определения номенклатуры параметров диагностирования, способы оценки допустимых и предельных значений параметров

2 Разработан комплекс математических моделей физических процессов ГТД для диагностирования проточной части установки, учитывающий базовую модель иенравнот о двш ателя, перечень возможных эксплуатационных факторов, определяющих техническое состояние проточной части, корректировку коэффициентов модели по результатам натурных испытаний

3 Предложены способы деформации характеристик компрессоров при засолении проточной части, как статических моделей двигателя,

так и диагностических процедур при управлении техническим состоянием ГТД

4 Оценена адекватность матемагической модели ГТД с учетом влияния эксплуатационных факторов по результатам натурных испытаний

5 Разработан алюритм формирования информативного набора диагностических параметров I IД на основе формирования дискриминант-ных дихотомических функций для комплексной оценки технического состояния

6 Сформулирован способ оценки весовых коэффициентов значимости параметров для дискриминантных функций при количественной оценке эффективности моделей диагностирования

7 Разработан метод определения минимального и достаточного набора диагностических параметров двигателя на модели комплексного анализа и анализа главных компонент

8 Реализована, апробирована и оценена эффективность методики цифрового моделироваггия в гтрог раммной среде MA'I LAB компонентно! о анализа, позволяющая получить изображение диагностических процедур в виде пространственных траекторий при различном сочетании диагностических параметров

9 Теоретические основы работы являются общими и могут быть распространены на другие энерт ешчсские объекты

10 Результаты работы использованы в организациях морского и военно-морского флота, ППФ «Меридиан», НИИ судоремонта, 1 ЦНИИ МО РФ, ЦНИИ «Аврора», ПИИ «ЛОТ» и других организациях

Основное содержание диссершции изложено в следующих работах.

] Шабаев РР, Попов IIII Пути повышения эффективности систем управления ПЭУ -«Морской вестник», выпуск 2 (22), СПб, 2007 , с 45-50

2 Шабаев Р Р , Попов IIII Способы формирования информативного набора диагностических параметров i азотурбинного двигателя на основе формирования дискриминантных дихотомических функций и расчета их весовых коэффициенюв - сборник статей «Вестник Петровской академии», выпуск 5, CI16, 2007 , с 64-68

3 Шабаев Р Р Распознавание технического состояния судового ГТД в мониторинговых сис1емах контроля, - тезисы докладов семинара энергетической секции научно-технического общества им А Н Крылова «Состояние и развитие работ по технической диагностике сложных -mepi омеханических комплексов» - СПб НТО им А Н Крылова, 2002, -с 14

4 Шабаев Р Р Моделирование влияния эксплуатационных факторов на работу корабельного I 1Д, - сборник материалов научно-теоретической конференции профессорско-преподавательского состава ВМИИ, час i ь 2, CI 16 ВМИИ, 2002 , с 150-155

5 Шабаев Р Р , Попов НII Особенное i и оценки эффективности разрабатываемых средств диагностирования и контроля корабельных ГТЭУ, - сборник статей "Повышение эффективности эксплуатации и технического обслуживания корабельных энергетических установок"^ II- СПб ВМИИ, 2003, с 170-173

6 Шабаев Р Р , Попов IIII Пути повышения эффективности процесса диагностирования 1азо1урбинных двигателей - сборник материалов научно-теоретической конференции профессорско- преподавательского состава ВМИИ, часть 2, СПб ВМИИ,2003 , с 12-14

7 Шабаев Р Р , Заку гаев Л И , Разумовский В А Определение техническою состояния судовою 1 азотурбинного двигателя на основе штатной информации - сборник материалов научно-теоретической конференции нрофсссорско- преподавательского состава ВМИИ, часть 2, СПб ВМИИ,2003 , с 75-77

8 Шабаев Р Р , Попов Ш1 Необходимость разработки новой методики оценки и npoiнозирования остаточного ресурса корабельного газотурбинного двигателя - сборник материалов научно-теоретической конференции нрофсссорско- преподавательскою состава ВМИИ, часть 2, СПб ВМИИ, 2004, с 67-72

9 Шабаев РР, Закутаев ЛИ Определение технического состояния судового газо iурбинно! о двшателя на основе штатной информации - сборник материалов научно-теоретической конференции профес-сорско- преподавательского состава ВМИИ, часть 2, СПб ВМИИ,2004 , с 75-77

10 Шабаев P.P., Закутаев Л И, Разумовский В А Возможность применения виброакустическою диаг ностирования для газотурбинных кораблей ВМФ - сборник материалов научно-теоретической конференции профессорско - преподавашльского состава ВМИИ, часть 2, СПб ВМИИ,2004 , с 45-49

11 Шабаев РР Оценка техническою состояния газотурбинного двигателя с использованием потенциальных функций, - сборник статей "Автоматизация, информатизация, инновация транспортных систем", -СПб- СПГУВК, 2007, с 52-56

12 Шабаев Р Р Способы формирования информативною набора диагностических параметров т азотурбинного двигателя на основе формирования дискриминан гных дихотомических функций и расчета их весовых коэффициентов, - сборггик статей- "Автоматизация, информатизация, инновация транспортных систем",- СПб СШ"УВК, 2007, с 44-48

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 13 04 07 Сдано в производство 13 04 07

Лицензия № 000283 01 19 10 98 Форма г 60x84 1/16 Усл-печл1,74 Уч -изд л 1,5 1 ираж 60 экз Заказ № 73

Отпечатано в шиш рафии ФI ОУ ВПО СПГУВК 198035, СанкьПсюрбур!, Межевой канал, 2

Оглавление.

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Методы анализа газотурбинного двигателя как объекта диагностирования.

1.1. Анализ неисправностей газотурбинных двигателей.

1.2. Математические модели.

1.3. Анализ методов оптимального выбора диагностических параметров.

1.4. «Дрейф» диагностических параметров.

1.5. Опорные значения параметров.

1.6. Анализ существующих методов оценки допустимых значений диагностических параметров.

1.7. Цели и задачи работы.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Модель газотурбинного двигателя.

2.1. Сравнительный анализ методов составления моделей газотурбинных двиателей.

2.2. Математическая модель ГТД.

2.3 Моделирование влияния эксплуатационных факторов на работу газотурбинных двигателей.

2.4. Моделирование повреждений элементов проточной части газотурбинных двигателей.

2.5 Программная реализация математической модели газотурбинного двигателя.

2.6. Проверка адекватности термогазодинамической модели ГТД.

2.7. Программно-имитационный комплекс «Кальвар».

Выводы по главе 2.

Глава 3. Методика формирования информативного набора диагностических параметров газотурбинного двигателя на основе формирования дискриминантных дихотомических функций и расчета их весовых коэффициентов.

3.1. Определение весовых коэффициентов параметров контроля проточной части газотурбинного двигателя.

3.2. Определение числовых значений градаций параметров контроля.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Определение набора диагностических параметров методом главных компонент при многомерном шкалировании индивидуальных различий

4.1. Многомерное шкалировние индивидуальных различий при компонентном анализе.

4.2. Предварительная обработка экспериментальных массивов. Методы выявления экстремальных выбросов в матрице наблюдений.

4.3. Графическая интерпртация определения набора диагностических параметров.

4.4. Сравнительная оценка эффективности процедур диагностирования при использовании рекомендованных и предложенных в диссертационной работе диагностических параметров.

Выводы по главе 4.

Мировая энергетика в конце XX века столкнулась с необходимостью научиться создавать относительно недорогие машины с высокими техническими и совершенными экологическими параметрами. Эта потребность во многом обусловлена надвигающимся дефицитом органического топлива, а также ужесточением требований к уровню загрязнения окружающей среды.

Анализ тенденций развития энергетических машин свидетельствуют о том, что наиболее совершенные установки могут быть созданы с использованием газотурбинных технологий. Вполне обоснованно многие специалисты по энергетике считают XXI век - веком газотурбинных технологий [70].

Это мнение основывается на:

- высокой энергоёмкости газотурбинных установок, характеризуемой удельной мощностью 1-3 МВт/м3 (1-2 МВт/т) и значительной агрегатной мощностью (10 - 800 МВт);

- высоком КПД на режимах номинальной нагрузки;

- высокой манёвренности и готовности к действию (экстренное приготовление к действию 20-30 мин, время запуска 5-10 мин, время выхода на номинальный режим 15-20 мин);

- высокой автоматизации процессов управления, малой трудоёмкости технического обслуживания, высокой ремонтопригодности.

Энергетические программы промышленно развитых стран мира конца XX века и на первую половину XXI века подтверждают тенденцию широкого использования газотурбинных установок (ГТУ) для выработки энергии.

В середине прошлого столетия были достигнуты значительные успехи в развитии газотурбинных двигателей в военной авиации. Это обусдавливалось как политическим противостоянием двух мировых систем, так и борьбой за освоение газотурбинных технологий, свидетельствующих об уровне развития технического потенциала стран.

В разработке и создании газотурбинных двигателей третьего поколения принимали участие четыре страны: СССР, США, Франция, Англия. Двигателей четвертого поколения - только три, а двигателей пятого поколения — всего две: Россия и США.

К работам по созданию двигателей шестого поколения приступили только в США. Объясняется это тем, что затраты на создание двигателей «нового поколения» очень велики. Однако эти затраты оправдываются тем, что газотурбинные технологии станут основой дальнейшего развития индустрии высокоразвитых промышленных стран мира на ближайшие 50 лет.

Известно, что промышленное применение газовых турбин началось с конверсии авиационных ГТД, но в настоящее время промышленная газотурбинная техника во всем мире развивается более интенсивно. Это привело к тому, что отработка самых передовых газотурбинных технологий зачастую опережает развитие авиационных двигателей, являясь базой уже для совершенствования авиации.

В 1992 году в США была принята программа «Advanced Turbine System» (ATS) — «Передовые турбинные системы» с целью создания ГТУ с КПД простого цикла 40 %, в комбинированном цикле — 60%; снижения эмиссии ЫО„до уровня не более 9 ррт, а СО - не более 20 ррт за свободной турбиной без внешних систем подавления вредных выбросов при сохранении или повышении уровня надежности. Прошедшие годы показали, что эта программа во многом выполнена.

На мировом энергетическом рынке широко представлены компании GE, Rolls-Royce, ABB, Siemens, Solar Turbines, Mitsubishi Heavy Industries Europe и ряд других фирм. Более 40 лет на мировом рынке промышленных газовых турбин лидирует компания General Electric

Power Systems (около 50 % мирового рынка газовых турбин).

Многие транснациональные компании проникают в газотурбинную промышленность Российской Федерации, покупая акции ведущих двигателестроительных фирм. Так, например, компания Pratt & Whitney, признанный производитель авиационных двигателей, приобрела пакет акций одного из ведущих российских предприятий ОАО «Пермские моторы», а фирма Siemens - акции «Силовых машин». Большой вклад в развитие газотурбинной энергетики вносят отечественные авиационные конструкторские бюро и производства «Сатурн», КБ им Н.Д. Кузнецова и др.

В целом все фирмы, разрабатывающие передовые газовые турбины, отличает стремление повысить характеристики двигателей за счет улучшения параметров цикла, развития технологий горения для снижения эмиссии оксидов азота и углерода, применять альтернативные виды топлива, внедрять программы улучшения уже созданной продукции.

Реализацию этих усилий можно проследить по изменению основных параметров ГТУ: температуры газов после камеры сгорания и степени повышения давления (рис. 1.1). Эти параметры из года в год растут, обеспечивая тем самым высокую экономичность установок. б t!C

I т

1200

1т т т

I .— ■ . .и.»!

1540 1960 1980 Щ> т уш 1ж 19» зш гад

Рис. 1.1. Тенденции изменения параметров ГТУ а- температура газов; б - степень повышения давления

Развитее ГТУ идёт не только по пути повышения экономичности, но и увеличения их надёжности.

Для реализации в конкретных двигателях и установках этих тенденций на всех этапах развития ГТУ приходилось решать сложные проблемы их проектирования, создания и эксплуатации.

Эти проблемы возникают и при проектировании газотурбинных установок, например, когда требуется обеспечить заданную долговечность горячих деталей (50+100 тыс. ч) при высоких температурах (1200 °С и более) и давлениях газа (до 3,0 МПа), а также при частотах вращения роторов 150-300 Гц.

Если учесть при этом нагрузки на вращающиеся детали от центробежных сил, изгибающих сил газового давления, а также циклические термические нагрузки и агрессивную среду циклового воздуха, то становится понятно, насколько сложная задача стоит перед проектантами при выборе материалов, расчётах на прочность деталей и при выборе оптимальных "схем и соответствующих параметров установок.

Следует ожидать, что в ближайшем будущем при проектировании газотурбинных двигателей (ГТД) будут реализованы следующие перспективные решения:

1. Технология объёмного компьютерного проектирования лопаток и ступеней компрессоров позволит достичь высоких степеней повышения давления в одной ступени (до 3,5).

2. Усовершенствование уплотнений позволит резко уменьшить утечки рабочего тела и повысить КПД.

3. Создание новых материалов и защитных покрытий отодвинет пределы высокотемпературной коррозии металлов.

4. Новые технологии охлаждения горячих деталей (например, охлаждение лопаток турбины паром) позволит создавать турбины с температурой газа около 2000 °С.

5. Внедрение сухих камер сгорания, ликвидация проблемы вибрационного горения, новые технологии горения позволят получить NOx < 9 ppm.

6. Встроенная система информационного обеспечения процедур мониторинга и диагностирования параметров ГТД при его управлении будет обеспечивать продление срока службы ГТУ, увеличение межремонтного срока, экономию топлива.

Разработка новых ГТУ с повышенными параметрами рабочего тела неизбежно потребует на новом уровне решать проблемы их надёжности. За прошедшие годы надёжность ГТУ различного назначения постоянно повышалась за счёт совершенствования конструкций, применения новых материалов, улучшения технологии изготовления. Однако постоянно растущие требования к безотказности установок, разработка мероприятий по обеспечению безопасности объектов энергетики вызывают необходимость совершенствовать методы контроля и диагностики для предотвращения аварий с тяжёлыми последствиями.

Разработка эффективных систем технического диагностирования не только может повысить безотказность установок за счёт раннего обнаружения предпосылок к отказам, но и даст значительную экономическую выгоду при управлении ГТД.

Инновация газотурбинных двигателей как судовых энергетических установок связана с повышением рабочих значений параметров (температуры, давления газа и т.д.) требует решения проблемы их безопасности, безотказности и надежности, то есть возможности оценки технического состояния и прогнозирования их изменения. Постоянно растущие требования к безотказности установок, разработка мероприятий по обеспечению безопасности объектов энергетики требует совершенствования методов и способов управления, контроля и диагностирования технического состояния газотурбинного двигателя для предотвращения аварий с тяжелыми последствиями.

Теоретическое решение задачи диагностирования газотурбинного двигателя на основе реализации информационных технологий принятия решений об оценке их технического состояния связано с необходимостью описания взаимосвязанных многопараметрических объектов, к которым относятся рассматриваемые установки.

Основным требованием к алгоритмам распознавания причин проявления неисправности или отклонения от нормальных режимов функционирования является возможность распознавания состояния объекта при наличии нескольких каналов измерения физических параметров (величин), изменения значений которых взаимосвязаны и каждый из которых характеризует состояние установки в целом.

Создание автоматизированных систем технического диагностирования позволяет повысить безотказность установок за счёт раннего обнаружения предпосылок к отказам, что даст значительное снижение затрат при эксплуатации и управлении газотурбинным двигателем.

Актуальность данной проблемы подчеркнуло выполнение в разное время целого ряда НИР и ОКР. К ним прежде всего, следует отнести работы, выполненные под шифрами: «Штрек», «Камаз», «Ледник», «Альпинист», «Папка», «Лицензия», «Сага», «Дилемма» и ряд других.

Известен ряд методов и способов тестового и функционального диагностирования, основанных на исследовании теплотехнических, газодинамических, вибрационных и других параметров. Эти системы позволяют выявить примерно 50% возможных неисправностей газотурбинных двигателей, однако они не всегда достоверны из-за большого числа трудноучитываемых факторов, оказывающих влияние на техническое состояние двигателя.

Учитывая вышесказанное, актуальна научная задача повышения эффективности систем управления и диагностирования газотурбины двигателей на основе реализации информационных технологий принятия решений о его техническом состоянии на основе исследования методов системного анализа, теории распознавания образов, теории классификации и других.

Выводы по главе 4.

1. Предложена статистическая методика определения минимального набора (номенклатуры) диагностических параметров на основе выявления латентных характеристик ГТД при его повреждениях.

2. Проведена экспериментальная проверка применения информативного набора диагностических параметров для газотурбинных двигателей. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности применения разработанной методики диагностирования в практике эксплуатации ГТД.

3. Показано, что наиболее информативный набор диагностических параметров ГТД должен включать в себя следующие параметры

4. Произведена сравнительная оценка эффективности процедур диагностирования при использовании рекомендованных и предложенных в диссертационной работе диагностических параметров.

Показано, что установление диагноза может быть обеспечено при использовании предложенного в работе оптимального множества диагностических параметров.

Заключение.

Выполненные экспериментально-теоретические исследования по совершенствованию процессов диагностирования газотурбинных двигателей в процессе их функционирования на основе реализации информативного обеспечения процессов распознавания состояния газотурбинных двигателей и классификации области работоспособности по классам, позволили получить следующие научные результаты:

1. Сформулированы организационно-технические требования, предъявляемые к газотурбинным установкам с точки зрения возможности достоверности процедур диагностирования, методы определения номенклатуры параметров диагностирования, способы оценки допустимых и предельных значений параметров.

2. Разработан комплекс математических моделей физических процессов ГТД для диагностирования проточной части установки, учитывающий базовую модель исправного двигателя, перечень возможных эксплуатационных факторов, определяющих техническое состояние проточной части, корректировку коэффициентов модели по результатам натурных испытаний.

3. Предложены способы деформации характеристик коипрессоров при засолении проточной части, как статических моделей двигателя, так и диагностических процедур при управлении техническим состоянием ГТД.

4. Оценена адекватность математической модели ГТД с учетом влияния эксплуатационных факторов по результатам натурных испытаний.

5. Разработан алгоритм формирования информативного набора диагностических параметров ГТД на основе формирования дискриминантных дихотомических функций для комплексной оценки технического состояния.

6. Сформулирован способ оценки весовых коэффициентов значимосто параметров для дискриминантных функций при количественной оценке эффективности моделей диагностирования.

7. Разработан метод определения минимального и достаточного набора диагностических параметров двигателя на модели комплексного анализа и анализа главных компонент.

8. Реализована, апробирована и оценена эффективность методики цифрового моделирования в программной среде MATLAB компонентного анализа, позволяющая получить изображение диагностических процедур в виде пространственных траекторий при различном сочетании диагностических параметров.

9. Теоретические основы работы являются общими и могут быть распространены на другие энергетические объекты.

1. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Основы моделирования и первичная обработка данных/Прикладная статистика/, М., Финансы и статистика, 1983,471 с.

2. Алексеев В.В. и др. Практикум по вероятностным методам в измерительной технике. СПб, Энергоатомиздат, 1993,257 с.

3. Аппаратное, алгоритмическое и программное обеспечение тренажера по управлению техническими средствами заказа с газотурбинной энергетической установкой. Технический отчет НИОКР, тема 4912-М, шифр «Альпинист», ВВМИУ, 1992,177 с.

4. Ахмедзянов A.M., Дубравский Н.Г., Тунаков А.П. Диагностика состояния ВРД по термогазодинамическим параметрам. М.,Машиностроение,1983,206 с.

5. Алгоритмы обучения распознавания образов. Под ред. В.Н.Ванника.М., Советское радио, 1974,223 с.

6. АхметоваМ.А. и др. О способах оптимизации условий восприятия графической информации пользователями ЭВМ, Материалы международной конференции: Эргономика в России, СНГ в мире, СПб, 1993, с.34-40.

7. Багерман А.З. Использование термогазодинамических параметров для диагностики состояния проточных частей ГТД. Вопросы судостроения, серия СЭУ, вып.26, ЦНИИ «Румб», 1985,57 с.

8. БарсковМ.К., Мясников Ю.Н. К проблеме перевода флота на эксплуатацию по фактическому техническому состоянию, Морской сборник, 1993, №9,32 с.

9. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа, М: Мир, 1983. -312 с.

10. Бендат Дж.,Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных., -М.: Мир, 1989. -540 с.

11. Берденников А.А., Кабинь О.Н., Шраер А.И. Моделирование режимов работы судовых газотурбинных двигателей. ЦНИИ «Румб», сб.Вопросы судостроения, серия Судовая автоматика, 1977, вып. 16, с. 19.

12. БиргерИЛ. Техническая диагностика, М., Машиностроение, 1978, 112 с.

13. Богданов С.С.,Колесник В.А., МакшановА.В. Обнаружение и классификация дефектных состояний машин и механизмов по результатам многоканальных измерений различной физической природы.,- «Экология и атомная энергетика». Сб.трудов МАНЭБ, СПб: 1999, с.37.

14. Богданчук В.З. и др. Методы оптимальной обработки информации в информационно-измерительных системах, М., Радио и связь, 1991, 130 с.

15. Венцюлис JI.C., Коновалов П.Н., Рыбалко В.В. Диагностирование корабельных КТЭУ ИГТЭУ., СПб.: ВМА им. Кузнецова, 1995г., 336 с.

16. Вознесенский В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях, М., Финансы и статистика, 1981,263 с.

17. Воробьев В.Г. и др. Техническая эксплуатация авиационного оборудования, М., Транспорт, 1990,230 с.

18. Гартвиг В.В., Багерман А.З. и др. Одновременное влияние нескольких эксплуатационных повреждений проточной части газотурбинного двигателя на изменение его характеристик, Л., Судостроительная промышленность, серия C3y,1988,N 2,с.29

19. ГОСТ В 25883-83 Эксплуатация и ремонт военной техники. Термины и определения.

20. ГОСТ 19176 Системы управления корабельные. Термины и определения.

21. ГОСТ 19919 Контроль автоматизированный технического состояния изделий авиационной техники. Термины и определения.

22. ГОСТ 20417 Техническая диагностика. Общие положения о порядке разработки систем диагностирования.

23. ГОСТ 20911 Техническая диагностика. Основные термины и определения.

24. ГОСТ 21199- Установки газотурбинные.

25. ГОСТ 23564 -. Техническая диагностика. Показатели диагностирования.

26. ГОСТ 26656 Контролепригодность.

27. ГОСТ 27518 Диагностирование изделий. Общие требования.

28. ДемаковИ.П., ДемаковС.И. Выработка решения в нестандартной ситуации при условии неопределенности исходной информации и малого числа наблюдений, —Материалы международной конференции: Эргономика в России, СНГ и мире, СПб, 1993,55 с.

29. Дубравский Н.Г., Мокроус М.Ф. Параметрические методы диагностического контроля состояния авиадвигателей. Линейные диагностические матрицы, Труды ЦИАМ № 964,1981,28 с.

30. Журавлев Ю.И. Об алгебраическом подходе к решению задач распознавания или классификации. Проблемы кибернетики. М., Наука, 1978, №33, с.55-63.

31. ЗотиковГ.И. Методика расчета судовых ГТУ при частичных нагрузках,Труды НТО Судпрома,т. VIII,вып. 1,143 с.

32. Ильясов Б.Г. и др. Автоматизация принятия решений при управлении системами «Человек—техника»с помощью экспертных систем, — Материалы международной конференции: Эргономика в России, СНГ и мире, СПб, 1993,102 с.

33. Исаков Л.И., Кутьин Л.И. Комплексная автоматизация судовых дизельных и газотурбинных установок, Л., Судостроение, 1984,210 с.

34. Исследование вибрационных параметров подшипников качения в условиях эксплуатации, технический отчёт, М:, МГТУ 1993 год.-с.12-32.

35. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании. Пер. с англ. М., Статистика, 1978, вып.1, 222 с., вып.2, 335 с.

36. Кобзев В.В., Мироненко Г.М., Шилов В.А. Военно-морские экспертные системы, Учебное пособие, С.-Пб., ВВМИОЛУ им.Ф.Э.Дзержинского, 1993,107 с.

37. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математическойтеории наблюдений. М., ГИФМЛ, 1962, 349 с.

38. Лурье И.Ю. Математическое моделирование ГТД с использованиемреальной топливной аппаратуры. Судостроение, 1965, №12,135 с.

39. Маратов B.C. Разработка алгоритмов и программного обеспечения ПЭВМ для оценки технического состояния топливорегулирующей аппаратуры газотурбинного двигателя в процессе эксплуатации, отчет по НИР 23/471, М: МВТУ, 1993,121 с.

40. МакшановА.В. Методы множественной идентификации многомерных наблюдений. Отчет по НИР № 2493, hhb.N 1101, ЛЭТИ:1983, с. 151.

41. МасловЛ.А. Судовые газотурбинные установки, Л.,Судостроение, 1973,329 с.

42. Методика имитации неисправностей проточной части ГТД при стендовых испытаниях, ЦНИИ им.акад.Крылова,тех.отчет,вып. 16687,1989,183 с.

43. Методика математического моделирования судовых безгенераторных ГТД. Технический отчет ДЮ0.007.261, ЦНИИ «Аврора»и в/ч 27177, 1973,128 с.

44. Мироновский Л.А. Диагностируемость управляющих систем, Судостроительная промышленность. Сер.:Системы автоматизациипроектирования, производства и управления, ВЫП.21,, СП-б, 1991, с. 62-75.

45. Мироновский JI.A. Инварианты математических моделей, учебное пособие, СП-б: ЛИАП, 1991,92 с.

46. Мироновский Л.А. Функциональное диагностирование динамических систем, М:МГУ,1998,256 с.

47. Мозгалевский А.В., КалявинВ.П. Системы диагностирования судового оборудования, Л., Судостроение, 1987,145 с.

48. Мясников Ю.Н., Павлов А.А. Распознавание неисправностей типовыхузлов судовых механизмов в процессе виброакустического контроля., Сб. «Вопросы эксплуатации и надежности.»,- СПб.: СПМБМ «Малахит», 1995, № 86, с.84-96

49. Мясников Ю.Н. Диагностическое обеспечение судовой энергетическойустановки, Судостроение, 1985,2,с.25 -28.

50. Надежность и эффективность в технике, Справочник в10 т.(т.9),М., Машиностроение, 1987,352 с.

51. Новицкий П.В., ЗографИ.А. Оценка погрешностей результатовизмерений. Л., Энергоатомиздат, 1985,248 с.

52. Осис Я.Я. Минимизация числа точек контроля: Автоматическоеуправление, Рига, Зинатне, 1967,65 с.

53. Отнес Р., ЭноксонЛ. Прикладной анализ временных рядов,. М.:Мир,1982. -428 с.

54. Погодин С.И. Применение метода малых отклонений для расчета и анализа рабочего процесса транспортных газотурбинныхдвигателей, ДСП.ЦНИИ информации, 1977,296 с.

55. Попов Н.Н. Имитационная модель вибрационного процесса в подшипниках качения роторных механизмов журнал "Судовое машиностроение", серия «СЭУ» № 9 - С-Пб.: ЦНИИ судового машиностроения, 2001. - с. 51-57

56. Попов Н.Н. Определение технического состояния судового ГТД на основе штатной информации,-Сборник материалов Итогового семинара по проблемам эксплуатации объектов ВМФ .- С.-Пб.: ВМА им. Н.Г. Кузнецова, 2000. с.45-46

57. Попов Н.Н. Определение показателей информативности параметров контроля в задаче распознавания образов алгебраическими методами, в сб. Материалов НТК ППС ВВМИУД995, с. 108-110.

58. Попов Н.Н. Предупреждение аварий ГТЭУ, монография, СП-б: ВМИИ, 2001,163 с.

59. ПотяевВ.А. Универсальное моделирование энергообъектов и систем управления ими. «Вопросы судостроения», серия «Судовая автоматика», 1981, вып.24,46 с.

60. Правила эксплуатации газотурбинных установок кораблей ВМФ (ПЭГТУ-93), ДСП. М., Военное изд-во, 1994,352 с.

61. Проектирование систем автоматического управления газотурбинных двигателей. Под ред.акад.Петрова Б.Н. М., Машиностроение, 1981, 227 с.

62. Разработка методов оценки технического состояния основных элементов ГТД, отчет по НИР-3446,СП-б: ВМА им. Н.Г.Кузнецова, 2000, 114 с.

63. Разработка методов получения эксплуатационных характеристик ГТУ в корабельных условиях с помощью видеоаппаратуры и их обработки, Технический отчет по НИР «Ледник», 1995,144 с.

64. Разработка структуры и состава имитационной модели ГТУ, технический отчет по 1 этапу договора № 092045—562 от 14.10.92,

65. НПО «Аврора», 1993, 183 с.«Раскат», Технический отчет ЦНИИ «Аврора» ДЮ1.371.017.ПЗ,1973,222 с.

66. Результаты натурных испытаний на установившихся и переходных режимах ГТУ НК «Адмирал Пантелеев», Технический отчет по 2 этапу НИОКР «Альпинист». СПб, ВВМИУ, 1992,64 с.

67. Розенберг Г.Ш. Мадорский Е.З. КосаневВ.С. Построение математических моделей для технической диагностики ГТУ. Проблемы развития судовых турбинных установок. Судостроение, 1975, вып.222,450 с.

68. Рыбалко В.В. Корабельные газотурбинные энергетические установки (эксплуатационные характеристики). Jl.,BMOJIA, 1989, 56 с.

69. Рыбалко В.В. Безотказность и диагностика газотурбинных установок», СПб, Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, 2006,184 с.

70. Сарбучев О.Д., Кандауров Ю.Н., Михайлов В.Е.^Ястребов В. Л. Основы параметрического метода диагностирования технического состояния проточной части ГТД, Сб.тезисов НТК ППС ВВМИУ,1995,СПб.,ВВМИУ,1995, 15 с.

71. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x (т1,2), М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999,127с.

72. Спрингер Т. Теория инвариантов. М: Мир, 1981,191 с.

73. Темнов В.Н. Методика выбора параметров технологического и диагностического контроля и расчета оптимальной погрешности измерения, Л., ВВМИУ, 1984,75 с.

74. Технические средства диагностирования: Справочник, М., Машиностроение, 1989,67 с.

75. Тихомиров Б.А. Распознавание технического состояния судового ГТД в мониторинговых системах контроля, СПб: СПЭУ, 1995 г., 138с.

76. Францев Р.Э. Автоматическое управление и контроль корабельных газотурбинных и дизель-газотурбинных энергетическихустановок. Л.,ЛВВМИУ им.В.И.Ленина, 1991, 580 с.

77. Чебраков Ю.В. Теория оценивания параметров в измерительных экспериметнах, СП-б: СПб гос.ун-т (Институт химии), 1997,300 с.

78. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. М., Машиностроение, 1965, 94 с.

79. Шабаев P.P., Попов Н.Н. Пути повышения эффективности процесса диагностирования газотурбинных двигателей. сборник материалов научно-теоретической конференции профессорско- преподавательского состава ВМИИ, часть 2, СПб.:ВМИИ,2003 , с.12-14.

80. Экспериментальная отработка алгоритмов диагностирования проточных частей перспективных изделий по термогазодинамическим параметрам. Технический отчет ЦНИИ им.академика А.Н.Крылова, договор№283/43/1081-21 -89, СПб, 1991,130 с.

81. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа., М.: Мир, 1988. -263 с.