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作为燃气轮机三大组成部件之一,压气机在运行过程中可能受到多种因素的影响,使其偏离之前稳定的运行状态进入失稳,从而使得燃气轮机的运行性能大大降低。因此,如何准确、快捷地捕获压气机失稳信号,并为工程上提供一种可行有效的失稳监测方法,使压气机避免进入或尽可能早地退出失稳状态,对于提高压气机工作效率、稳定性具有重要意义。论文主要研究工作如下:1.轴流压气机运行监测系统设计。结合三级轴流式压气机实验台的实际情况,进行了轴流压气机运行监测系统硬件设计、软件功能设计;采用改变压缩系统气流通道几何面积诱导失稳的方法,开展了2400r/min、4800r/min、7200r/min下轴流压气机失稳实验,实验结果表明所设计的轴流压气机运行监测系统运行稳定可靠,实现了数据采集、显示、记录、失稳特征提取和失稳预警等功能。2.失稳信号频域特征分析。首先基于实验获得的平稳及失稳动态数据进行拉依达准则误值剔除、Hanning窗函数和Butterworth低通滤波预处理;其次进行了信号的频谱分析,明确了实验台喘振频率在动态压力及声音信号中为2~3Hz,旋转失速频率约为转频的31%,旋转失速、平和喘振、深度喘振的幅值相差大于一个量级;最后探讨了基于此频谱特征的监测方法的可行性。结论证明频谱分析方法直观、需调节参数少,且在保证频率分辨率的情况下预警准确率高,根据所处频带或幅值不同可明显区别旋转失速、平和喘振与深度喘振。3.失稳信号时域统计特征分析。首先对压气机的平稳及失稳动态信号进行时域Kalman滤波预处理;其次进行了对失稳敏感的统计参数特征分析,明确了失稳在压力、声音、振动信号时域统计参数的特征;最后证实自协方差统计和方差统计不受除失稳之外其它变工况影响,失稳阈值清晰,且适用于动态压力和声压信号,可作为联合监测的统计参数,并探讨了基于此统计特征的监测方法的可行性。结论证明基于时域统计特征的分析方法时间分辨率高、阈值易选择、预警准确率高。4.失稳放气控制设计及在线监测系统实验验证。首先进行了级后放气系统软硬件的设计,继而通过实验验证了放气系统及在线监测系统运行的可靠性。