确定模型水轮机转轮间隙汽蚀的声学方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103604607103604607A(43)申请公布日2014.02.26(21)申请号201310594479.1(22)申请日2013.11.22(71)申请人哈尔滨电机厂有限责任公司地址150040黑龙江省哈尔滨市香坊区三大动力路99号哈尔滨电机厂有限责任公司技术管理部申请人哈尔滨大电机研究所(72)发明人赵越(51)Int.Cl.G01M15/00(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书6页说明书6页附图1页附图1页(54)发明名称确定模型水轮机转轮间隙汽蚀的声学方法(57)摘要确定模型水轮机转轮间隙汽蚀的声学方法涉及水轮机汽蚀判别领域。本发明利用模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随着汽蚀系数变化的规律,实现了准确地判定模型水轮机转轮间隙汽蚀的发生。在获取水轮机转轮的声波信号后，通过分析模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随汽蚀系数的变化趋势，采用一次分段函数拟合的方式来确定模型水轮机转轮间隙汽蚀发生的位置。CN103604607ACN103647ACN103604607A权利要求书1/3页1.一种确定模型水轮机转轮间隙汽蚀的声学方法，其特征是：该方法包括如下步骤：1）启动模型水轮机试验系统；2）调整模型水轮机运行工况，使模型水轮机转轮间隙处于未汽蚀状态；3）保持模型水轮机运行工况稳定，对水声信号进行采集；4）建立模型水轮机水声信号截取后的时间序列：x(n)＝s(n)W(n)式中：x(n)为模型水轮机水声信号截取后的时间序列；s(n)为模型水轮机水声信号采样后的时间序列；W(n)为窗函数；5）计算模型水轮机水声信号的频谱：式中：Sxx为模型水轮机水声信号的功率谱；Δt为模型水轮机水声信号的采样时间间隔；N为模型水轮机水声信号的采样数；X(k)为对x(n)进行傅立叶变换后的频谱函数，k＝0,1,2,3,4,…，N；X*(k)为X(k)的共轭频谱函数，6）计算模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积:式中:A为功率谱密度曲线所围成的面积;h为频率分辨率；7）逐步调整模型水轮机运行工况，重复步骤3至步骤6，使模型水轮机运行范围覆盖转轮间隙由未汽蚀至汽蚀充分发生状态；8）利用一次分段函数来表示模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随气蚀系数的变化趋势并确定模型水轮机转轮间隙汽蚀发生点：模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积变化规律呈现出当气蚀系数高于模型水轮机转轮间隙汽蚀发生点——点1——时，随着气蚀系数的不断降低，模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积陡降的趋势，而当气蚀系数低于汽蚀发生点时，随着气蚀系数的不断降低，模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积呈现2CN103604607A权利要求书2/3页出基本不随气蚀系数的变化而变化的趋势，这两个区域间存在着一个明显的交界点，该交界点即为模型水轮机转轮间隙汽蚀发生的位置；利用一次分段函数来表示模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随汽蚀系数的变化趋势，具体方法如下：模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随着汽蚀系数的变化而变化，且当模型水轮机转轮间隙未发生汽蚀时，模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积呈现出随着汽蚀系数的减小而陡降的趋势，而当模型水轮机转轮间隙处发生汽蚀后，模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积基本呈现出一种几乎不随汽蚀系数的变化而变化的趋势，这两种变化趋势之间存在着一个明显的交界点，该交界点即为模型水轮机转轮间隙汽蚀的发生位置；将上述模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随汽蚀系数的变化趋势采用最小二乘法拟合的一次分段函数y‘来拟合，则偏差平方和最小的一次分段函数的交点x′m′即为模型水轮机转轮间隙汽蚀发生的位置，该一次分段函数y’可表示为：式中：y'是一次分段函数；xm是一次分段函数的交点；k0、k1是一次分段函数中一次项的系数；b0、b1是一次分段函数中常数项；令任一组测量数据(xi，yi)对一次分段函数y'的偏差为Vi，则有Vi＝y-y'，即：假设xi≤xm时有n1个测量数据，xi＞xm时有n2个测量数据，即n1+n2＝N，则偏差的平方和Qi为：函数y'与模型水轮机水声信号的功率谱密度曲线与频率轴所围成的面积随汽蚀系数的变化趋势偏差的平方和Qi，在区间(x0,xn-1)内，以xm＝xm+ih递增方式计算不同xm时的Qi值，i＝1，2，…，N-1，h为频率分辨率，其中最小Qi值所对应的xm值即为一次分段函数y'的交界点，而该点所对应的汽蚀系数即为模型水