李禹希
（集美大学轮机工程学院， 福建 厦门 361000）
引言燃气轮机排气的具体温度能够在一定程度上代表其整体系统运转的质量水平，不同温度能够反映燃气轮排气的实际故障。技术人员通过对温度以及相关参数的对比检测，能够对燃气轮机的实际运行效率、质量等进行合理评估，同时对系统既有的隐患以及可能发生的故障做出诊断，全面性地提升燃气轮机运行的稳定性、安全性与可靠性。
1 FCM 聚类算法1.1 基本原理FCM聚类算法与传统概念下的C 均值聚类算法有所不同，其跳脱了以往通过简单距离评估的聚类方式，反而以计算隶属度的方式来反映归属类，这种算法不仅具有更高的准确性，同时具有广泛的应用性，针对热力系统监控、图像分隔识别等众多领域而言皆有一定的实际价值[1]。
设定样本集合x={x1，x2，x3，…，xn}确定样本xk有t个属性，则xk={xk1，xk2，xk3，…，xkt}。确定聚类数目为a，FCM聚类算法依照最小平方差以及目标函数进行计算，则xk隶属于a 个区域。
以μij代表第j 个隶属于第i 类，μij需要满足如下条件：
1）对应样本与类别的隶属度应处于[0，1]的区间内，即μij∈[0，1]；
2）任一样本对应全部类别的隶属度总和应该为1，
3）每一类区间中所包含的样本数量应为（0，1），即∀j，μij∈（0，1）。
利用平方误差函数求取最优数值，进而优化目标函数：式中：m 为模糊权重影响因素，当m 的数值越高时则代表聚类效果越模糊，通常取1＜m≤2。U=[μij]a×n代表模糊隶属度矩阵。V 表示聚类中心矢量集合，Vi则代表第i 个中心矢量。dij代表样本j 与聚类中心i 之间的距离。整体公式可以表示为：
基于上述内容可以得知的是，FCM聚类算法的本质便是利用对中心矢量的计算，求得不同样本与其对应中心质量之间权重距离在最小值。
1.2 算法描述依照上文内容所推导出的FCM聚类算法基本原理所进行的无监督聚类分析方法的具体建模流程可以参考下述内容：
1）初始化：确定在迭代标准ε＞0 的情况下，初始化分类矩阵V0以及迭代步数k=0；
4）迭代检验：
利用矩阵范数比较法对比V（k+1）以及Vk，假设结果能够满足上述公式即可停止迭代，否则需要基于k=k+1 返回到第二步继续迭代，直至得到对应结果。
2 燃气轮机排气温度异常原因及检测方式研究2.1 燃气轮机排气温度异常原因燃气轮机正常运行时，排气温度较低。随着燃气轮机运行时间的延长及在其他因素影响的背景下，将出现以下排气温度升高反应：轴流压气机结垢→压气机管路变窄→排气温度升高进而导致燃气轮机排气温度上升。
在正常情况下，可通过以下两类方式进行燃气轮机稳控调节。其一为温度燃料双限制控制，其二为温度喷嘴控制。
1）温度燃料双限制控制：若温度喷嘴未能对排气口排气温度有效控制，可采用此类模式。通过减少进入燃料室内燃料气的温度，进而抑制温度提升，但此方法是通过减少燃料的方式来实现的。若减少燃料量超过临界值，将导致供应燃气轮机的推动力过小，出现压气机喘振，甚至机组跳车的情况发生。通常情况下，当压气机需要进行温度控制调节时，因设备内部尚处于不稳定状态，设备运行过程中各类微小的变化均可导致稳控系统发生剧烈波动。因此，一般在对燃气轮机进行降温时，需要避免在设备与温度燃料双限制控制时运行设备，以保证燃气机的长时间平稳运行。
2）温度喷嘴控制：PLC 系统监测到排气系统温度达到温控值时，将重新分配高压轴、低压轴之间的功率分配。这一机制将导致压气机打量提升，高压轴功率提升，进而降低排气口排气温度。
2.2 数据处理分析以西门子某型号工业燃气轮机为主要研究对象，其周边布置有24 个排气温度测量点，在燃气轮机不受外界影响的情况下，记录下这24 个排气.测点的温度数据以及相关参数的变化情况。将这24 个排气测点的数值依照顺序进行集合，得到集合{T1，T2，T3，…，T24}。首先，将该集合中的24 个数值进行大小递增排序如{T1，T2，T3，…，T24}，注意这24 个数值的大小顺序。而后，将每个测点的温度数值减去该集合24 个温度数值的平均值，得到新的集合{T1，T2，T3，…，T24}，则Ti=Ti- 平均值，i=1，2，3，…，24
为验证上述数据处理方式的实效性，特将不同数据处理方式的聚类精准度整合为表1。可以见得，相较于其他方式而言，本文所重点研究的先排序后减均值的聚类法具有更高的实效性[2]。
表1 不同数据处理法对聚类精准度的影响
经过大量的实践研究，可以得知只有当排气温度的状态设置为第7 类时，才能够全面性地费反映出排气温度的特征。
3 燃气轮机排气温度异常诊断[3-5]本文所重点研究的西门子某型号燃气轮机层出现过温度冷热不均和的问题，其冷热点远超机械自我保护阈值，最高到达了54°。基于此，结合上述内容进行分析，依照数据的表征可暂且定义为燃烧器堵塞所造成的温度过高。为进一步确定上述计算方式的有效性，特对燃气轮机值班燃烧器以及预混燃烧器进行细致检测，通过内窥镜的实际观察对比FCM聚类算法的有效性。观测发现燃机预混燃烧器表面出现结构、结焦等情况。为进一步验证记过，对其24 个温度测点进行压缩空气流量测试。测试后发现，值班燃烧器的情况要明显优于预混燃烧器，并且预混燃烧器24 个数据之间的差值较为显着，流量测试结果较差，大部分测试偏差远超上限数值。使用程度较新的燃烧器流量结果在2.3 左右，而测验样本燃烧器的平均值为1.878，最小值为1.431。结合内窥镜观察结果可以得知FCM聚类算法确实能够诊断出燃气轮机部分故障原因，并且依照计算结果的数值大小，可以酌情采用清洗、消除流量偏差等不同程度的方式。
4 结语排气温度能够直接反映出燃气轮机运行状态的健康与否，针对甩负荷、涡轮叶片等组件、零部件的影响进行故障诊断研究，有助于提升整体燃气轮机的健康管理水平。但基于现阶段有关于燃气轮机在甩负荷情况下的排气温度研究样本与研究内容较少，相关研究者也无法获取更具代表性、更完整的聚类特征。故此，谨以本文作引玉之砖，以期相关研究人员能够在未来取得更完善、科学的研究成果。