（动力机械及工程专业论文）基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 本文主要研究内容系以沈阳透平压缩机( 集团) 公司“透平压缩机热力性能在线监 测与评估系统通用化设计研究”，大连石化公司合成氨厂“轴流一离心式压缩机热力状 态在线监测及性能分析系统”，以及南京扬子乙烯热电厂“电厂母管制热力系统运行性 能在线监测与热力状态评估”等科研开发项目为研究背景，结合目前透平机械热参数诊 断理论和先进的计算机软件技术，首次成功地设计完成多模块、具有通用化特点的透平 压缩机热力性能在线监测与状态评估软件系统，同时，完成了热电厂变工况运行时热力 性能评估中汽轮机部分目标值( 应达值) 的计算分析研究工作。 论文中，透平压缩机热力性能在线监测与评估系统以通用化为设计目标，采用模块 化设计思想，利用w i n d o w s 编程技术进行了应用程序界面部分的编制及相应通用接口 软件的编制，这些通用接口包括有软件系统与d c s 监控系统的数据通讯方法、气路系 统工艺流程图动态显示、压缩机特性线场模拟和压缩机特征配置等，结合课题组成员完 成的性能计算通用模块，最后集成、开发了基于w i n d o w s 平台的透平压缩机热力性能 在线监测及评估通用系统软件。 对于电厂热力系统，核心设备汽轮机的性能评估研究最为关键，本论文根据设计单 位提供的原始设计资料及热力测试结果，不依赖汽轮机变工况计算，研究求取汽轮机部 分性能参数目标值的新方法，并归纳提出有效的、适合工程应用的计算公式，为完成汽 轮机性能评估的后续工作打下了良好的基础。 本文提出的压缩机热力性能在线监测及评估系统通用化解决方案，经实践检验是切 实可行的；通用化的压缩机热力性能在线监测及评估系统的实际应用表明，该系统能够 实时显示压缩机组的工作状态及运行点位置，同时给出机组当前热力状态评估结果及防 喘振裕度等重要指标，置信度高、运行可靠，受到用户好评。 关键词：透平压缩机：汽轮机；在线监测；性能评估；通用化 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 s t u d yo nt h e r m a ld y n a m i cp e r f o r m a n c eo n l i n ee v a l u a t i n gs y s t e mo f t u r b i n em a c h i n e r yb a s e do nt h eg e n e r a li d e a a b s tr a c t t h i sa r t i c l e sr e s e a r c hw o r ki sb a s e do nt h ep r o j e c t so f “d e s i g nag e n e r a lt h e r m a l d y n a m i cp e r f o r m a n c eo n - l i n em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gs y s t e mf o rt u r b oc o m p r e s s o r p r o p o s e db ys h e n y a n gt u r b oc o m p r e s s o r ( g r o u p ) i n c ，“a x i a l r a d i a la i rc o m p r e s s o rt h e r m a l d y n a m i cp e r f o r m a n c eo n l i n em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gs y s t e m p r o p o s e db yd a l i a n p e t r o c h e m i c a lc o r p 。s y n t h e t i ca m m o n i ac o m p a n y , a n d “p o w e rp l a n tt h e r m a ls y s t e m ( w i t h m a n i f o l dm a i ns t e a mp i p el i n e ) o n l i n ep e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n g ”p r o p o s e db y n a n j i n gy a n g z ip e t r o c h e m i c a lc o r p p o w e rp l a n t u s i n gt h et e c h n o l o g yo ft u r b i n em a c h i n e r y t h e r m a lp a r a m e t e rd i a g n o s i sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n ti nc o m p u t e rf i e l d ，am u l t i - m o d u l ea n d g e n e r a lt h e r m o d y n a m i c a lp e r f o r m a n c eo n l i n em o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gs y s t e mf o rt u r b o c o m p r e s s o ri sd e s i g n e da n da c c o m p l i s h e df o rt h ef i r s tt i m e t h i sa r t i c l ea l s oi n c l u d e ss o m e r e s e a r c hw o r ka b o u tp o w e rp l a n ts t e a mt u r b i n e ss o m ee x p e c tp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s c o m p u t a t i o na n da n a l y s i s i nt h i sa r t i c l e ，a i m e da tt h eg e n e r a lu s i n ga n db a s e do nt h ed e s i g ni d e ao fm u l t i m o d u l e ， u s i n gt h ew i n d o w ss o f t w a r ed e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y , t h es o f t w a r e s u s e ri n t e r f a c ea n d g e n e r a li n t e r f a c em o d u l e sh a v eb e e nd e v e l o p e d t h eg e n e r a li n t e r f a c em o d u l e si n c l u d et h e s o f t w a r er u n t i m ed a t ac o m m u n i c a t i o nw i t hd c ss y s t e m ，f l o wp a t hg e n e r a t i n ga n dd y n a m i c d a t as h o w i n gm o d u l e ，c o m p r e s s o rc h a r a c t e rc u r v e sc o m p u t e rs i m u l a t i o nm o d u l e ，c o m p r e s s o r c h a r a c t e rc o n f i g u r a t i o nm o d u l e ，a n ds oo n ag e n e r a lt h e r m a ld y n a m i cp e r f o r m a n c eo n l i n e m o n i t o r i n ga n de v a l u a t i n gs y s t e mf o rt u r b oc o m p r e s s o rh a sb e e nd e v e l o p e db yi n t e g r a t i n gt h e m o d u l e sm e n t i o n e da b o v ea n dag e n e r a lp e r f o r m a n c ec o m p u t a t i o nm o d u l ef i n i s h e db yt h e t e a m m a t e s a st h ep o w e rp l a n tt h e r m a ls y s t e mp e r f o r m a n c ee v a l u a t i n gi sc o n c e m e d ，t h es t e a m t u r b i n ei st h em o s ti m p o r t a n tp a r t t h i sa r t i c l ep r e s e n t ss o m er e s e a r c hw o r ka b o u tf m d i n go u t s o m en e wm e t h o d st oc a l c u l a t et h et u r b i n e ss o m ee x p e c tp e r f o r m a n c ep a r a m e t e r s ，w h i c hi s b a s e do nt h eo r i g i n a ld e s i g ni n f o r m a t i o n so ft h i se q u i p m e n tp r o v i d e db yi t sv e n d o ra n d w i t h o u tt h et u r b i n e sv a r i a b l ec o n d i t i o nc a l c u l a t i o na tt h es a m et i m e t h r o u g ht h en e w m e t h o d s ，al o to fc a l c u l a t i o nf o r m u l a s ，w h i c hi s e f f i c i e n ta n df i t t i n gf o re n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n , h a v eb e e nw o r k e do u t t h i sm a k e sag o o db a s i sf o rt h ef u r t h e rr e s e a r c h t h es o l u t i o no fd e s i g nag e n e r a lt h e r m a ld y n a m i cp e r f o r m a n c eo n - l i n em o n i t o r i n ga n d e v a i u a t i n gs y s t e mf o rt u r b oc o m p r e s s o rp r e s e n t e di n t h i s a r t i c l ei sf e a s i b l e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o ni l l u s t r a t e st h a tt h et u r b oc o m p r e s s o r sr e a l t i m ei n f o r m a t i o n s s u c ha si t sc o n d i t i o n a n do p e r a t i n gp o i n t ，r e s u l t so fp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n ，t h ea n t i s u r g em a r g i n ，i sc r e d i b l ea n d r e l i a b l e b e c a u s eo fa l lo f t h i s ，t h i ss o f t w a r es y s t e me n j o y sag o o dr e p u t a t i o n k e yw o r d s ：t u r b oc o m p r e s s o r ；s t e a mt u r b i n e ；o n - l i n em o n i t o r i n g ；p e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n ；g e n e r a l - i i - 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 曼墨互殳日期：竺互：丕：2 2 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规 定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 ， 作者签名：一：- 7 一 导师签名：一。二0 2 ：i ：； - 年一：一月。e t - 7 5 - 大连理工大学硕士学位论文 0 前言一 0 1 课题研究的背景与意义 透平压缩机用途很广，特别是在石油精炼( 重整、催化裂化、润滑剂生产等) 、化工 ( 合成氨、尿素、甲烷、乙烯、复合肥料等) 、天然气( 输气工程、天然气液化等) 以及 空气分离、氧气站、冶炼等部门中的应用越来越广泛，已经成为这些企业的关键设备。 因此，确保这些机组的正常运行对整个工厂的安全、稳定生产关系极大。国外许多大型 化肥厂过去的运行经验表明：因汽轮机压缩机故障而使整个工厂停工的约占2 5 ，其中 因为操作不当而造成的事故占1 3 0 o , , 1 5 1 1 ，因此运用先进技术保障大机组安全运行势在 必行。1 9 9 8 年中石化提出逐步装备和完善大机组的监测控制系统，以确保企业关键设备 大机组的安全稳定、优化高效运行，力争实现全系统主要装置“两年一修”的奋斗 目标，这就对设备运行和维护检修提出了更高的要求，所以也需要大机组监测控制系统 强有力的支持。 我国是能源蕴藏和能源生产大国，一次性能源生产居世界第三位。但是，我国人均 能源占有量只有世界人均占有值的3 6 左右，而能源利用率及单位国民生产总值能耗是 发达国家的3 4 倍。解决能源问题已经成为整个国民经济中的重中之重。电力工业是能 源工业的主要组成部分之一，到1 9 9 8 年，我国燃煤机组占总装机容量的8 0 以上，燃 煤机组消耗的煤炭量占全国煤炭年产量的4 2 1 t z 。因此，在电力行业中大力开展节能 降耗工作不仅能有效缓解我国能源紧张的现状，而且对整个能源工业都有重要义意；同 时，作为被动机的透平压缩机又是耗能大户，我国目前各系统运行的透平压缩机组虽然 起着生产核心的作用，但是基本上是处于非优化运行的低效状态，造成能源浪费。 无论是电站汽轮机，还是透平压缩机，用先进的管理理念和技术保障其安全运行、 提高运行效益( 节能降耗) 已达成了共识，势在必行。对机组经济性能进行在线监测， 为运行人员提供操作反馈信息，及时了解偏离优化工况时的能耗或效益偏差，通过调节 使之接近优化曲线指明的最佳经济状态，各级管理人员也可在m i s 网络中及时发现问 题。机组运行优化工作一方面挖掘“管理”煤耗的节能潜力，也促进系统全面整治，查 找和消除系统内外泄漏，挖掘“硬件”的节能潜力，同时可使运行管理水平上一个新台 阶。 o 2 国内外概况及发展趋势 9 0 年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不 断优化，使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件。 丹麦、美国、德国、日本等发达国家的专家学者对旋转机械状监测技术进行深入研究， 开发出了许多产品d - 8 j 。以丹麦b & k 公司的2 5 2 0 型振动监测系统、美国b e n t l y 公司 的3 3 0 0 系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的m 6 0 0 0 系统为代表已经达到较高的水 平。在功能上比较典型的系统之一是丹麦b & k 公司的2 5 2 0 型振动监测系统( v i b r a t io n m o n i t o r - t y p e2 5 2 0 ) ，主要功能有：自动谱比较并进行故障预警报警；对6 和2 3 恒百分 比带宽谱进行速度补偿；幅值增长趋势图显示；三维谱图显示；振动总均方根值( 振动 烈度) 计算；支持局域网。 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 世界上许多压缩机控制公司，如：恩泰克科学公司、泰康尼公司、本特利公司等， 很早开展了这方面的研究，并取得了长足的进展，并制定了监测重点在于“评定j 下常状 态”，“可靠性评价”战略例。 我国在工业部门中开展状态监测技术研究的工作起步于1 9 8 6 年，在此之前从国外引 进的大型机组，一般都购黄了监测系统。而在自行研制的国产设备上，若选用国外的监 测系统，由于价格异常昂贵而难以接受。8 0 年代中后期以来，我国有关研究院所、高等 院校和企业开始自行或合作研究旋转机械状态监测技术，无论在理论研究、测试技术和 仪器研制方面，都取得了成果，并开发出相应的旋转机械状态监测系统。 在国内，1 9 8 5 年1 0 月通过鉴定的由哈尔滨工业大学等单位联合研制的3 m d i 微机 化“汽轮发电机组振动监测与故障诊断系统”，以及后来进一步开发的汽轮机故障诊断专 家系统3 m d i i 、3 m d i i i ：1 9 8 7 年通过鉴定的由西安交通大学机械故障诊断研究室研制 的r m m d s 化肥五大机组“微机状态监测与故障诊断系统”等。这些系统的主要功能 有：轴振动监测，包括轴心轨迹分析、轴向串动、轴振动位移峰峰值计算；壳体振动监 测；频谱分析，包括频率细化、阶比谱分析、阶跟踪谱、三维功率谱分析；自动预、报 警；故障特征提取及诊断1 3 j o 对透平机械实施在线状态监测，就工程应用的必要性而言，目前己为绝大多数的工 厂企业所接受和采纳，从总体的实践效果看也是肯定的。但是随着企业规模及技术环境 的快速变化，设备系统对监测系统及监测技术的要求也不断的深化，以往针对性的、局 部性的或者根据一般经验与要求去规划设计小规模专用监测系统的方式，已不能适应大 公司发展的专业化要求，也不具备持续性的发展动力。随着计算机控制水平和网络技术 的不断发展，状态监测网络在企业得到了广泛的应用【lo 】【l 。每台被监测机器为一个监测 工作站，若干台监测工作站组成局域网与企业内部网连接，状态监测局域网也可以与企 业的m i s 系统互连。如南京压缩机有限公司开发的产品控制系统不仅可以单机运行控制， 而且可多台设备之间互相通信，也可以和当今流行的p l c 和d c s 、f c s 控制系统通信，为 m i s 系统提供设备运行数据。由此可见，网络化是透平机械状态监测技术发展的必然趋 势。 综观以上现有透平机械在线监测系统，特别是透平压缩机在线监测系统，大多着眼 于机械振动信号分析来进行在线监测及故障诊断，只有少数系统同时注意热力性能参数 的变化。 笔者认为，以透平压缩机为例，仅凭机械振动分析这一方面的工作不能全面地评价 透平压缩机实际运行综合性能【l2 】【1 3 】。由于机组出现故障往往是以机械损坏为最终表现结 果，故障先兆也直观地表现在振动、噪声和轴位移等机械参量的变化上，因此对机械振 动信号的监测一直是压缩机状态监测的一种易于实现和可靠的方法。但另一个不容忽视 的事实是，透平机械作为能量转换设备，其中气体流动和热力过程起着控制作用，热力 参数的任何变化都直接影响着机组的性能。因而在机械故障发生的前夕，常常伴随着热 力参数的异常变化，或者说，正是由于某些热力参数( 工艺参数) 的变化引起透平压缩 机组运行性能的衰退并最终导致故障发生。事实也证明许多重大运行事故发生正是由于 工艺条件发生变化时没有能够及时调整机组的运行工况而造成的。所以，仅凭机械运转 状态的监测不足以全面地评价透平压缩机组实际运行时的综合性能。 2 大连理工大学硕士学位论文 0 3 课题研究内容 o 3 1 透平机械在线监测系统的含义 为区别于一般意义上的计算机在线监测或监控系统，这里提出透平机械运行性能在 线监测系统，它的含义是： 1 ) 在透平机械原有d c s s c s 的基础上，在线计算机组的一些重要经济指标，如： 压气机效率、压气机耗功率、锅炉效率、汽轮机热耗率、发电机煤耗率、发电 成本等；并可监视、评价凝汽器、加热器、给水泵等辅助设备的经济性能，为 机组的运行工况提供详尽的技术数据。 2 ) 确定偏离最佳运行工况的程度及由此造成的经济损失，为运行参数的调整和设 备的维护提供定量数据。 3 ) 在前述的基础上，可以作为一种检查设备缺陷的辅助工具。通过对某些运行参 数的识别与比较，分析其运行性能恶化程度，为运行人员预测、判断设备的缺 陷及具体的故障原因提供依据。 0 3 2 论文工作基础 大连理工大学涡轮机教研室在国内率先开展了透平压缩机运行热力参数在线监测与 性能评估方面的研究【1 2 j ，先后为辽河油田、大庆油田、抚顺乙烯化工厂等企业开发了 多套离线、在线的透平压缩机热力性能监测与状态评估系统。该系统的特色是：实时性 好、准确性高，实现了机组气路工艺参数实时显示、热力性能的在线监测与科学评估、 正常记录存储、异常记录捕捉等功能，并且应用灰色系统理论对机组的运行状况进行预 测。该系统的应用为实现压缩机装置安全、稳定、长期、经济地运行提供了科学的依据， 解决了企业设备管理的难题，在提高企业管理水平的同时，也为企业带来了良好的经济 效益，受到用户的一致好评。 但原系统也有诸多缺点：以前系统限于当时的计算机技术水平，运行环境一般为 u n i x d o s ，这决定了其存在用户界面不够友好、操作不够简便的问题；另外原有系统是 针对特定的压缩机组而设计的，计算方法不够完善，在实际的应用过程中受到较大限制， 为了将这项技术推广到更大的领域，系统的通用化工作刻不容缓。 o 3 3 论文研究工作 针对原有透平压缩机热力性能在线监测与评估系统的不足，同时考虑到用户新的要 求，扩充评估范围( 离心机、轴流机、汽轮机、辅机) 。本论文结合目前先进的计算机技 术，在前人研究工作的基础之上，进一步改进、完善原有系统，同时采用w i n d o w s 图形 界面平台，实现在线监测与评估软件系统的通用化、图形化、人性化、智能化、模块化， 为以后开发系列化的汽轮机透平压缩机运行性能在线监测与评估系统软件打下坚实基 础。 另外，在电厂热力系统运行性能在线监测与状态评估方面，本文从汽轮机性能评估 入手，依据汽机设计部门提供的原始资料，展开对汽轮机性能目标值计算的研究。结合 课题组成员的工作，以及在透平压缩机热力性能在线监测与状态评估方面的研究成果， 3 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 完成了研制开发“电厂蒸汽轮机热力系统运行性能在线监测与评估系统 的部分工作。 以下列出本论文工作的要点及其在论文中的相应章节： 1 ) 透平压缩机在线监测与性能评估软件系统通用化的方案设计。讨论实现通用化 软件系统的解决方案。见论文第1 章。 2 ) 在线监测与评估系统与分散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ，以下简称d c s ) 实现高速、实时的数据交换。原系统以文本文件的形式实现与d c s 的数据换，此方式对 用户d c s 系统需做功能扩展，且同步性能较差。w i n d o w s 下一般使用动态数据交换 ( d d e ) 、剪贴板、动态链接库、对象链接与嵌a ( o l e ) 作为进程间通信的方法。本课题中 采用d d e 实现实时数据交换。见论文第3 章。 3 ) 工艺流程图快速生成系统。为实现通用化的用户界面，结合现代计算机图形技 术与面向对象的编程技术。研制开发工艺流程图快速生成系统，实现了在线监测软件系 统工艺流程图输入的通用化，快速化。同时提供内部数据接口，实现工艺流程参数的实 时、动态显示。见论文第4 章。 4 ) 透平压缩机特性线场模拟。实际工作中压缩机性能优劣程度，需要以运行工况 下的预期值作为参考，而预期值是通过设计特性线的换算得到的，因此必须对压缩机特 性线场依据进气条件进行模拟变换，作为后续变工况计算的基础。见论文第5 章。 5 ) 透平压缩机特征配置程序。通用化软件系统的配置程序之一，完成压缩机的具 体定义，并输出配置文件作为最终用户使用的在线监测与评估系统的初始输入信息。见 论文第6 章。 6 ) 压缩机在线监测与性能评估系统软件开发。完成最终用户软件，实现在线监测 与性能评估软件系统的一般功能。见论文第7 章。 7 ) 电站汽轮机性能计算研究。根据设计单位提供的原始设计资料及热力测试结果， 不依赖汽轮机变工况计算，研究求取汽轮机部分性能参数目标值的新方法，并归纳提出 有效的、适合工程应用的计算公式。见论文第8 章。 4 大连理工大学硕士学位论文 1 透平压缩机通用化软件系统总体设计 本文中探讨的离心式压缩机在线监测与性能评估软件系统的通用化是指：在软件系 统编制完成后，对于某一特定的离心式压缩机组，只需要通过配置程序给出一系列的配 置信息文件，作为在线监测与评估系统的初始输入信息，而不需要进行代码级的修改， 即可使软件系统满足对其进行热力性能在线监测与性能评估的要求。 1 1 问题分析 在工业应用中，透平压缩机一般是单件生产，生产厂根据用户的需求设计、生产机 组。因而几乎没有两台压缩机完全相同，总是或多或少存在着差异，无论是结构上的， 如缸数的不同，有无中冷等，还是工质上的，如空气、二氧化碳、合成气等，以及设计 参数的不同，如各缸的进排气条件等。在这样的一个前提条件下要实现透平压缩机热力 性能在线监测与评估系统的通用化，就必须要解决前述种种差异对最终软件系统的影响。 图1 1 软件系统结构图 f i g 1 1s o f t w a r es y s t e m a t i cs t r u c t u r a lf i g u r e 软件系统的原理简图如图1 1 所示，表征机组运行状态的可测量性能参数通过分散 控制系统( d i s t r i b u t ec o n t r o ls y s t e m ) 进入热力性能在线监测与评估系统，经相应程序化的 数学模型处理后，可识别结果通过显示器、打印机输出，并同时可存入数据库以备用。 图1 1 中，左边虚线框内的分散控制系统( d c s ) 是本软件系统的基础，它随机组 提供，软件系统从其获得实时的数据服务。它与每一台具体的机组相关，为此，通用化 的软件系统必须要解决与其进行数据通讯的问题。 图1 1 中，右边虚线框内为通用化的透平压缩机在线监测与性能评估软件系统的软 硬件结构。 运行于计算机及必要外设上的软件系统，应该可以按照设计要求，实现对不同压缩 机组进行性能分析与状态评估的要求，同时，将分析结果以图形、表格、曲线等形式反 映给用户。 因而，课题要解决的问题是： 5 - 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 建立与d c s 监控系统通讯的标准方法； 实现通用化的计算模型； 最终用户界面的通用化。 1 2 技术关键 通用化的热力性能状态监测与性能评估系统研究的目标是一个在一定程度上未知的 透平压缩机，这个“抽向的透平压缩机”可能具有的特征只有一个范围的概念，即它可 能是多缸的，可能是有中冷的，可能的压缩工质是空气、或其它真实气体。因而，通用 化的软件系统必须要尽可能的考虑到这些不确定因素，并一一处理。 如何对一个“抽向的透平压缩机”应用在线状态监测与性能评估技术，同时，如何 通过简单的方法实现从抽向到具体的转化，即快速应用软件系统到某一台具体的透平压 缩机，是本课题的关键和难点。 1 。3 技术路线 通过分析，将在线监测与性能评估技术的要求与软件开发技术相结合，同时参考课 题组以往的实践经验，本课题对软件系统主要功能采用模块化的设计，完成每一个模块 时都严格按照通用化的要求来实现，通过编制额外的辅助程序，将一个具体压缩机组的 所有相关特征定制成配置文件，并将这些配置文件作为压缩机热力性能在线监测与状态 评估模块的初始输入信息，从而自动实现对不同压缩机组从实时数据获取、显示，到性 能换算、评估等诸多功能。 下面简单介绍通用化的软件系统所具有的相关模块。 1 3 1 与数据源通讯模块 运行中，透平压缩机一般都配备有工艺参数在线采集与监测系统，如d c s 系统和 s c s 系统，它们对整个工艺流程的相关参数进行监测控制。要实现对机组的实时、在线 状态监测与性能评估，就必须从d c s 系统实时地获取机组的相关状态参数。本文中采用 了动态数据交换( d d e ) 技术。 详见本论文第3 章。 1 3 2 气路系统工艺流程图快速生成模块 不同压缩机组的气路系统工艺流程千差万别，软件的通用化要求实现气路系统工艺 流程图显示的通用化。即，解决不同机组、不同工艺流程图的快速生成与配置问题，同 时，还需兼顾工艺流程图非静态特性，以满足信息实时更新显示的要求。 为此，本文编制了“工艺流程图快速生成系统”，它是一个绘图软件，提供各种常用 工艺流程图符号，通过方便快捷的绘图操作，可快速给出某一具体压缩机组气路系统的 工艺流程图配置文件。根据内部的约定，该文件可被在线监测与性能评估系统识别和显 示，实现压缩机组气路系统工艺流程图热力状态参数的自动动态刷新显示与异常报警。 详见本论文第4 章。 6 大连理工大学硕士学位论文 1 3 3 压缩机特性线场模拟模块 透平压缩机组热力性能在线评估系统的核心工作是变工况计算，它的基础是压缩机 设计状态流量特性曲线场，当进气条件与设计条件不同时，须对原始特性线进行相似换 算以适应新的进气条件。因此要求将压缩机特性曲线场以特殊的方式存于计算机内，为 后续变工况计算创造条件。 该模块可以对压缩机特性线场中曲线条数、曲线上取点数、曲线拟合次数、额定转 速( 额定开度) 、每条曲线对应的转速以及该曲线上点的横纵坐标进行设置。按照此方法 可分别对压缩机排气压力、轴耗功率、多变能量头、多变效率特性线场的信息进行录入， 保存为文件，由在线监测模块读入进行数值拟合，动态显示不同进气条件下的特性曲线。 详见本论文第5 章。 1 3 4 压缩机特征配制程序 该模块的设计主要考虑到在压缩机热力性能计算过程中，需要机组的设计状态参数 如：额定转速、各段进出口温度、压力、流量等，同时需要如：压缩机段数、是空压机 还是多组分压缩机等信息。该模块中关于d c s 位号配置部分为内部数据流动与交换的纽 带。考虑到多组分压缩机工质各异，由此该模块还可对机组的气体组分进行配置。对于 空压机还可对大气相对湿度进行设置，以处理含湿量及凝结水对机组性能的影响等。 详见本论文第6 章。 1 3 5 压缩机的热力性能在线监测及状态评估模块 该模块可方便实现机组的热力性能在线监测与状态评估。首先，通过动态数据交换 及机组气路工艺流程图，可以实时传送d c s 系统有关压缩机运行时的热力气动参数，形 象、直观；其次，给出压缩机组各段的排气压力、轴功率、多变效率的特性线场并根据 进气条件的变化，动态确定新特性线在特性线场中的位置，实时显示机组的实际运行点 和预期性能点，同时在各段的性能评估表中可以直观地看到监测人员所关心的机组热力 性能参数值，并对机组的当前运行性能做出了评价。该模块同时还实时提供热力参数走 势、记录查询及历史数据性能回放、气体组分设定、数据报表打印等功能。 详见本论文第7 章。 1 4 系统开发平台 软件的开发平台选择目前比较流行的w i n d o w s 系统，主要是基于以下几点考虑：可 应用的开发工具比较多，资料较为充足；特别是从用户的角度考虑，w i n d o w s 系统大多 成为他们的办公系统，该系统下的软件他们比较熟悉，应用起来较为方便。 软件开发环境为v c + + 6 o 。 本论文第2 章对w i n d o w s 系统下的程序设计作简单介绍。 7 - 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 2w i n d o w s 编程和面向对象技术 本论文研究工作完成的程序均是在w i n d o w s2 0 0 0 x p 下，使用v i s u a lc + + 6 0 7 0 实 现的。m i c r o s o f tw i n d o w s 是一个基于i n t e lx 8 6 微处理芯片的个人计算机上的具有图形用 户接口的多任务和多窗口的操作系统。v i s u a lc + + 是m i c r o s o f t 公司的重要产品，是一个 集成度很高的软件集成开发工具，可适合多种形式的软件开发。目前最新的软件版本是 7 o 。 本章主要向读者强调一下w i n d o w s 程序的几个重要方面，如消息驱动， ( m e s s a g e d r i v e ) 、s d i 和m d i 、资源( r e s o u r c e ) 、d l l ( d y n a m i cl i n kl i b r a r y ) 和 e 等 2 1w i n d o w s 操作系统特点 i 直观、高效的面向对象的图形用户界面，易学易用：从某种意义上说，w i n d o w s 用户界面和开发环境都是面向对象的。用户采用“选择对象一操作对象”这种方式进行 工作。比如要打开一个文档，我们首先用鼠标或键盘选择该文档，然后从右键菜单中选 择“打开”操作，打开该文档。这种操作方式模拟了现实世界的行为，易于理解、学习 和使用。 i i 用户界面统一、友好、漂亮：w i n d o w s 应用程序大多符合i b m 公司提出的c u a ( c o m m o nu s e ra c c e s s ) 标准，所有的程序拥有相同的或相似的基本外观，包括窗口、菜 单、工具条等。用户只要掌握其中个，就不难学会其他软件，从而降低了用户培训学 习的费用。 i i i 丰富的设备无关的图形操作：w i n d o w s 的图形设备接口( g d i ) 提供了丰富的 图形操作函数，可以绘制出诸如线、圆、框等的几何图形，并支持各种输出设备。设备 无关意味着在针式打印机上和高分辨率的显示器上都能显示出相同效果的图形。 多任务：w i n d o w s 是一个多任务的操作环境，它允许用户同时运行多个应用程 序，或在一个程序中同时做几件事情。每个程序在屏幕上占据一块矩形区域，这个区域 称为窗口，窗口可以重叠。用户可以移动这些窗口，或在不同的应用程序之间进行切换， 并可以在程序之间进行手工和自动的数据交换和通信。 虽然同一时刻计算机可以运行多个应用程序，但仅有一个是处于活动状态的，其标 题栏呈现高亮颜色。一个活动的程序是指当前能够接收用户键盘输入的程序。 2 2w i n d o w s 编程模型 w i n d o w s 操作系统具有m s d o s 操作系统无可比拟的优点，因而受到了广大软件开 发人员的青睐。但是，熟悉d o s 环境下软件开发的程序员很快就会发现，w i n d o w s 编 程与d o s 环境下编程相比有很大的不同。w i n d o w s 要求以一种全新的思维方式进行程 序设计【1 8 1 ，主要表现为以下几点： 2 2 1 消息驱动 消息( m e s s a g e ) 又称作事件。传统的m s d o s 程序主要采用顺序的、关联的、 过程驱动的程序设计方法【1 9 】。一个程序是一系列预先定义好的操作序列的组合，它具有 8 大连理工大学硕j ：学位论文 一定的开头、中间过程和结束。程序直接控制程序事件和过程的顺序。这样的程序设计 方法是面向程序而不是面向用户的，交互性差，用户界面不够友好，因为它强迫用户按 照某种不可更改的模式进行工作。它的基本模型如图2 1 所示。 ( 开始 ) i输人数据1 l 输人数据2 i 输人数据3 1 处理 l r退出、) 图2 1 过程驱动模型 f i g 2 1p r o c e s sd r i v em o d e l 图2 2 事件驱动模型 f i g 2 2m e s s a g ed r i v em o d e l 事件驱动程序设计是一种全新的程序设计方法【1 8 】，它不是由事件的顺序来控制，而 是由事件的发生来控制。这种事件的发生是随机的、不确定的，并没有预定的顺序，这 样就允许程序的用户用各种合理的顺序来安排程序的流程。对于需要用户交互的应用程 序来说，事件驱动的程序设计有着过程驱动方法无法替代的优点。它是一种面向用户的 程序设计方法，它在程序设计过程中除了完成所需功能之外，更多地考虑了用户可能的 9 基于通用化思想的透平机械热力性能在线评估系统研究 各种输入，并针对性的设计相应的处理程序。它是一种“被动”式程序设计方法，程序 开始运行时，处于等待用户输入事件状态，然后取得事件并做出相应反应，处理完毕又 返回并处于等待事件状态。它的框图如图2 2 所示。 本论文完成的用户程序都是采用事件驱动的程序设计方法。 2 2 2w i n d o w s 图形设备接口 w i n d o w s 程序不仅在输入上与d o s 程序不同，而且在程序输出上也与d o s 程序有 着很大不同，主要表现为： 1 d o s 程序独占整个显示屏幕，其他程序在后台等待。而w i n d o w s 的每一个应用 程序对屏幕的一部分进行处理。d o s 程序可以直接往屏幕上输出，而w i n d o w s 是一个 多窗口的操作系统，由操作系统来统一管理屏幕输出：每个窗口要输出内容时，必须首 先向操作系统发出请求( g d i 请求) ，由操作系统完成实际的屏幕输出工作。 2 w i n d o w s 程序的所有输出都是图形。w i n d o w s 提供了丰富的图形函数用于图形输 出，这对输出图形是相当方便的，但是由于字符也被作为图形来处理，输出时的定位要 比d o s 复杂的多。 因为w i n d o w s 输出是基于图形的，它输出文本时不会象d o s 那样自动换行，而必 须以像素为单位精确定位每一行的输出位置。另外，由于w i n d o w s 提供了丰富的字体， 所以在计算坐标偏移量时还必须知道当前所用字体的高度和宽度。 3 w i n d o w s 下的输出是设备无关的。许多m s 。d o s 程序直接操纵显存和打印机接口。 这种技术的缺点是对每一种显示卡和每一种打印机型号，都需要提供驱动程序软件，且 可移值性比较差。而w i n d o w s 下的应用程序使用图形设备接口( g d i ) 来进行图形输出。 g d i 屏蔽了不同设备的差异，提供了设备无关的图形输出能力，w i n d o w s 应用程序只要 发出设备无关的g d i 请求，由g d i 去完成实际的图形输出操作。 2 2 3 基于资源的编程 、 在w i n d o w s 程序中，往往有菜单、工具条、对话框、位图、字符串，这些元素均被 称为资源。在进行w i n d o w s 编程时，可以使用已经建立的格式在资源中存储数据。链接 程序把二进制资源文件与可执行模块链接在一起，形成e x e 文件或d l l 文件。资源文 件甚至可以包括程序员定义的定制资源格式。 v i s u a lc + + 程序开发环境中提供了很好的资源编辑工具，它实现了所见即所得。例 如，布置一个对话框，可以从控制板的图标数组选择元素( 按钮、列表框等) ，并且用鼠 标来确定元素的大小和位置【2 0 j 。 在本论文的研究中，系统程序设计利用了大量的对话框、位图、字符串等资源。资 源的利用与优化是w m d o w s 中的一个非常重要而广泛的话题，鉴于篇幅，在此不作详述。 2 2 4e ) ( e 和d l l 在w i n d o w s 程序中，有两类可执行程序模块文件：e x e 和d l l 。e x e 文件是独立 可执行模块，它被e x e 模块或其它d l l 模块调用执行。与e x e 相比，d l l 具有运行 开销较少，可被多个程序同时调用等优点。同时，d l l 还是程序模块化的一个手段。一 般来讲，如果一个开发小组要开发一个大型应用程序，先把程序分成若干功能模块，各 1 0 大连理工大学硕士学位论文 小组成员独立开发自己的模块，并将这些模块生成d l l ；开发管理人员开发e x e 来调 用各个d l l 文件，完成整个应用程序的开发。可以看出，由于小组成员独立开发生成 d l l ，他们之间的交叉依赖关系大大减少，“代码合并”等琐碎、繁杂又容易出错的工作 量会大大降低，应用程序的维护性也大大提高。 在本课题研究中，采用了d l l 的形式来模块化部分功能模块。 2 3w i n d o w s 用户界面 w i n d o w s 支持丰富的用户接口对象，包括：窗口、图标、菜单、对话框等等。程序 员只需简单的几十行代码，就可以设计出一个标准的图形用户界面。而在d o s 环境下， 则需要大量的代码来完成同样的工作，而且效果也没有w i n d o w s 提供的那么好。 窗口是用户界面中最重要的部分。它是屏幕上与一个应用程序相对应的矩形区域， 是用户