燃气轮机以其运行效率高、单机功率大、使用寿命长等特点,被广泛应用于航空、船舶、电力、机械驱动等众多领域。在天然气长输管道中,燃驱压缩机组的应用能够大幅降低当地电网负荷,是电力供应欠发达地区的首选动力设备。但由于工作环境恶劣,压气机、燃烧室、涡轮将不可避免地出现叶片积垢、叶片磨损、叶顶间隙增加和喷嘴积碳等问题,从而导致了各部件气路性能的衰退。在气路性能衰退的早期阶段,燃气轮机的输出功率和热循环效率会出现不同程度的下降。随着部件性能的进一步恶化,一旦引起非计划停机,将会给天然气管道运行带来重大的安全隐患。为了避免因气路故障导致的意外停机,运营单位应当及时、准确地掌握燃气轮机各部件的健康状况,并以此为依据,制定合理的维检修计划。开展气路诊断研究,则是实现上述目标的一种有效方法,同时,也有助于推动燃气轮机的维护策略从定期维护向视情维护转变。在实际运营中,针对各部件的性能衰退问题,决策是否需要停机维修,需从经济性和安全性的角度综合考虑。对于轻微的性能衰退,通常并不需要立即进行停机维护,但由此造成的燃气轮机输出功率下降,会对增压站的输气能力产生消极影响。因此,开展性能自愈研究,提升燃气轮机处于亚健康状态时的输出功率,同样具有重要意义。上述两方面研究的重点在于:建立具有不同用途的燃气轮机气路性能分析模型;解决因现场数据质量不佳,而导致的部件特性线修正结果不准确和不稳定的问题;解决因气路可测参数数量少于部件健康因子数量时,诊断结果精度下降的问题;减弱部件性能轻微退化对整机输出功率造成的消极影响。具体的研究内容如下:（1）建立了三种具有不同用途的燃气轮机气路性能分析模型。参照《NASA计算单一物质热物性的格伦系数》,编程实现空气、燃料和燃气的热物性计算;建立具有相同输入和输出数据格式的部件性能计算模块,并将其用于搭建GE LM2500+SAC型燃气轮机的整机气路模型;在Newton-Raphson（牛顿—莱普生）算法的框架下,根据不同的性能分析需求,通过改变迭代过程中的独立变量和控制方程,分别建立了气路性能计算模型、气路性能仿真模型和气路性能诊断模型,并对其准确性进行了验证。（2）针对使用现场运行数据进行燃气轮机性能适配时,部件特性线不能被准确修正的问题,提出了一种基于遗传算法的改进气路性能适配方法。改进方法包含两项措施:一方面,将预测的部件性能曲线与基于实际运行数据获得的部件性能回归曲线之间的吻合度,作为适配效果的评价指标;另一方面,在非设计工况性能适配的过程中,对设计工况点的部件性能参数进行二次校准。验证结果表明:利用经改进方法修正后的部件特性线进行性能仿真,误差超过0.5%的性能参数个数,仅占全部参数个数的4.9%,且适配结果对于误差对照点的选择并不敏感。基于8个误差对照点进行性能适配时,耗时约12分钟,能够满足工程应用要求。（3）针对气路诊断过程中,由于可测参数数量少于部件健康因子数量,而导致诊断结果精度下降的问题,提出了一种融合极限学习机与性能分析模型的气路诊断方法。在融合方法中,仿真模型被用于构建典型性能衰退模式下的征兆样本库,并给出燃气轮机处于健康状态时的各项气路可测参数;极限学习机的作用在于给出待识别样本与全部性能衰退模式之间的相似程度;诊断模型则在不同的性能衰退模式下,对待定健康因子进行定量计算;通过合理性判断,输出最终的诊断结果。以三部件性能衰退模式的识别结果为例,BP神经网络、极限学习机和支持向量机的误识别率均在4%左右,而融合方法仅为0.64%。即使训练样本或模型超参数设置不合理,其误识别率仍不超过1.6%。基于更优的模式识别效果,融合方法因而能够提供更准确的诊断结果。（4）针对部件气路性能衰退而导致的燃气轮机输出功率下降的问题,提出了一种基于变几何动力涡轮的性能自愈方法。即在保证各项气路参数不超安全限值的前提下,通过增加动力涡轮的通流能力和燃料供应量,使燃气轮机获得更高的循环压比和工质质量流量,以此实现恢复输出功率的目的。仿真结果表明,输出功率的恢复上限取决于高压压气机的出口温度裕度。当大气温度升高或高压涡轮通流能力下降时,该裕度降低,性能自愈效果会被减弱。反之,当高压涡轮通流能力上升或其等熵效率下降时,该裕度升高,性能自愈效果将被增强。此外,如果高压压气机在超过额定转速后,依然能够保持高效运行,同样有助于提升性能自愈效果。在组合性能衰退模式中,每个健康因子的变化情况,都将独立影响高压压气机的出口温度裕度,因而也会对性能自愈效果产生叠加影响。