燃气轮机作为一种大型复杂旋转动力机械设备,具有热效率高、启动及变工况速度快和噪音低等优点,目前已广泛应用在航空动力、发电系统及石油管道等领域。叶片作为燃气轮机的核心部件,长期工作在高压、高转速、高温等恶劣条件下,发生故障的概率很高。叶片断裂是其中的一种典型故障模式,燃气轮机叶片一旦发生断裂,不仅使整机性能下降,同时高速飞出的断裂叶片会打伤后级叶片等转子部件及机匣等静子部件,引发碰摩、抱轴卡滞甚至着火等二次故障,严重威胁燃气轮机的安全可靠运行。对燃气轮机叶片状态进行监测,实时分析叶片状态,是保证燃气轮机安全可靠运行的重要手段。本文针对燃气轮机压气机转子叶片断裂故障,主要研究内容如下:(1)为提取燃气轮机叶片断裂故障特征,本文基于叶片尾流激振力产生机理和薄壁机匣复杂路径下叶片振动响应的传递规律,求解静子叶片在正常和断裂叶栅尾缘激振力作用下的振动响应,提出基于机理的叶片断裂故障特征。同时根据转子叶片断裂导致转子质心位置发生变化,分别提取时域、频域和时频域特征组成基于振动数据的燃气轮机叶片断裂故障混合域多维振动特征;(2)为实现燃气轮机叶片故障告警,本文以机理特征为输入参数,提出基于单分类支持向量机(OCSVM)的叶片故障告警方法;结合深度置信网络(DBN),以混合域多维振动特征为输入参数,提出基于DBM-OCSVM的叶片故障告警方法,其中DBM网络对输入的高维振动特征进行降维,OCSVM实现叶片状态告警;(3)针对已发生叶片故障的燃气轮机,为准确识别转子叶片断裂故障,使用改进启发式分割算法分析叶片振动响应的变化规律,以排除气流参数变化或工况扰动等因素引起的相似特征对识别结果的影响,实现叶片断裂故障的准确识别;(4)为定位燃气轮机叶片断裂故障位置,本文基于燃机闭环反馈控制原理,提出叶片断裂位置辨识参数,实现叶片断裂故障的定位。利用某型燃气轮机叶片断裂故障案例数据,验证本文方法的有效性。