[发明专利]用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法

说明书

本发明属于涡轮部件测试设备运行维护技术领域，具体涉及用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法。具体技术方案为：通过设置若干个传感器，建立水力测功设备相关性能参数数据库，基于涡轮‑水力测功系统物理运行机理和运行数据的水力测功设备性能数字孪生模型，构建了水力测功器的数字孪生健康管理方法，该方法可实现水力测功器关键运行参数的精准实时监控和超限预警，提高了测试系统的安全性的同时降低了系统的运维成本。

技术领域

本发明属于涡轮部件测试设备运行维护技术领域，具体涉及用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法。

背景技术

水力测功设备是一种利用水对旋转的转子形成的摩擦力矩吸收并传递动力机械的输出功率的装置，主要用来测定发电机、电动机、内燃机、燃气轮机和泵等机械的轴功率特性。相较于其他形式的测功设备，水力测功设备具有单位质量吸功能力强、转动惯量小、转速功率测量范围宽、调节便利、稳定性高等优点，因而被广泛应用于航空发动机和燃气轮机的测试实验中。

图1为涡轮水力测功设备基本结构图，其基本工作原理如下：测功设备圆盘固定在转轴上，与转轴一起在外壳3内旋转，构成了测功设备的转子1。转子1有轴承支撑在外壳3内，而外壳3又由外轴承支撑在测功设备底座5上，它可以绕轴线自由摆动。水经过进水阀流入外壳3的内腔。当内燃机飞轮带动转子1在外壳中旋转时，由于转盘与水之间的摩擦作用，水也跟着一起旋转。在离心力的作用下，水被甩向外壳3内壁，形成一个环形水圈，并使其动量矩增加。同时，外壳3受水的冲击后，要绕轴线摆动。水冲击外壳3内壁，受到内壁的摩擦阻力的作用降低了速度，付出了动能，在水压的作用下，折向外壳3中心流动，形成环形涡流水圈，最后使水的温度升高。由于水圈与外壳3内壁的摩擦，外壳3的旋转(摆动)速度比转子1的转动要慢，因而水圈就要阻止转子1的转动而产生一个阻力矩。次阻力矩通过联轴器2直接作用在内燃机的飞轮上，这就是加在内燃机上的负荷。或者说，水吸收了内燃机的功率。这个负荷可以通过调节进，出水量来控制。水圈愈后，阻力矩愈大，吸收的功率愈多。

现有的大型水力测功设备设备大多数由外国进口，其内部结构复杂，详细运行机理不明确，这为日常检修维护带来了很大的困难。除此之外，随着水力测功设备的长时间运行，由于机械结构的磨损和老化，设备不可避免的会出现性能衰退，其当前特性曲线与出厂时出现较大偏差，如果放任不管可能会对正常的实验测试造成干扰。

目前，国内在进行涡轮测功试验操作和状态监控时，较多依靠人工经验诊断方法，即凭借实验人员丰富的实践经验和理论知识，通过聆听实验过程的异常响动以及观察实验监测数据来辨别设备工作状态。人工经验判断的方式极大的依赖工作人员自身的技术水平，由于技术人员水平参差不齐，因此判断的长期可靠性很难得到保证。人工经验判断的方式很难归纳总结复现用以为之后的实验提供指导，很多时候仅仅是发现了设备运行出现故障，却不能准确的归纳出导致故障的具体原因。

因此，如果能够提供一种用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法，将具有巨大的应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法及平台。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：用于涡轮部件测试的数字孪生健康管理方法，包括步骤：

S01、在涡轮水力测功设备上布置若干传感器，实时监测水力测功设备性能参数；

S02、建立水力测功设备性能参数数据库，将所述传感器监测数据储存至所述数据库，根据预设转换关系将传感器的电压信号转换为性能参数对应的工程值数据，对所述工程值数据进行筛查处理后，储存至所述数据库；

S03、根据水力测功设备性能预测模型的输入要求，按所述步骤S02中传感器监测数据的存储频率提取测试数据；

S04、将所述步骤S03中提取的测试数据输入所述水力测功设备性能预测模型，计算预测水力测功设备的性能参数；