船用燃气轮机健康管理仿真验证技术研究
摘要
健康管理技术的逐渐普及与应用使得燃气轮机的维修方式从定期维修转向视情维
修成为可能，在燃气轮机的寿命周期内提高运行经济性和可靠性，如何验证与确认健
康管理系统完成规定任务的能力是完成健康管理系统开发的关键任务，因此急需开展
针对燃气轮机健康管理验证系统的研究，为健康管理技术的应用推广提供基础理论支
持、系统解决方案及测试验证平台。为此本文以船用三轴燃气轮机为研究对象，研究
燃气轮机故障仿真技术，形成燃气轮机故障数据集，建立燃气轮机健康管理验证指标
体系，研究并设计搭建燃气轮机健康管理仿真验证平台，完成健康管理仿真验证试验，
主要研究内容如下：
（1）针对船用燃气轮机数据源问题，开展船用三轴燃气轮机建模研究，建立燃气
轮机气路数学模型、燃油系统模型、滑油系统模型与传感器模型，实现对健康状态下
燃气轮机性能的模拟，为进行故障建模与故障仿真提供模型基础。
（2）针对船用燃气轮机健康管理系统核心算法的验证问题，开展燃气轮机故障仿
真建模研究，建立故障仿真模型，实现了燃气轮机故障性能模拟；形成燃气轮机故障
数据集，为后续进行仿真验证提供数据支持。
（3）为了解决燃气轮机健康管理系统的评价问题，分别针对故障诊断算法和预测
算法设计验证指标，从算法任务出发，并开展针对验证指标的计算方法研究，形成针
对燃气轮机健康管理的验证准则，并给出计算实例。
（4）为了解决燃气轮机健康管理平台问题，开展对健康管理系统的工作流程研究，
确认待验证健康管理系统中核心算法的输入与输出；针对仿真验证平台涉及设备多、
系统繁杂的问题，建立基于计算资源池化服务器的健康管理仿真验证架构，建立在局
域网环境下的健康管理仿真验证环境；基于MySQL平台，在故障数据集的基础上，融
合故障模式信息，搭建燃气轮机健康信息库；为了进一步提高复现试验效率、提高数
据利用率以及缩短复现周期，引入了一种交替故障复现方法，并开发仿真复现软件；
在验证指标体系基础上，设计开发验证指标软件。为进行健康管理算法仿真验证工作
提供平台软硬件支持。
（5）设计健康管理仿真验证试验流程，首先进行燃气轮机健康管理仿真验证平台
功能性验证试验，确认该平台完成健康管理仿真验证的能力；然后进行针对船用燃气
轮机故障诊断算法在多测试条件下的仿真验证试验，确认仿真验证平台在多测试环境
哈尔滨工程大学硕士学位论文
下的可行性与有效性。
关键词：船用燃气轮机；故障仿真建模；健康管理技术；仿真验证
船用燃气轮机健康管理仿真验证技术研究
Abstract
Thegradualpopularizationandapplicationofhealthmanagementtechnologymakeit
possibletochangethemaintenancemodeofgasturbinesfromperiodicmaintenanceto
situationalmaintenance,andimprovetheoperationeconomyandreliabilitywithinthelife
cycleofgasturbines.Howtoverifyandconfirmtheabilityofhealthmanagementsystemto
completetheprescribedtasksisthekeytasktocompletethedevelopmentofhealth
managementsystem.Therefore,itisurgenttocarryoutresearchongasturbinehealth
managementve