确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103424260A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103424260103424260A(43)申请公布日2013.12.04(21)申请号201310384491.X(22)申请日2013.08.29(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(72)发明人赵越(51)Int.Cl.G01M15/00(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5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空化的声学方法(57)摘要本发明公开了一种确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法，涉及模型水轮机转轮间隙空化判别领域。本发明通过分析表征水声信号能量分布趋势的一次分段函数中的b1值随空化系数变化的趋势来判定模型水轮机转轮间隙是否发生空化。在获取模型水轮机运行转轮的声波信号后，通过建立以一次分段函数表示的水声信号能量分布趋势后，利用发生模型水轮机转轮间隙空化时，b1值恰好为最大值这一特性，通过确定对应于b1值为最大值时的空化系数来确定模型水轮机转轮间隙空化的发生。CN103424260ACN103426ACN103424260A权利要求书1/2页1.一种确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法，其特征是：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空化状态；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）利用一次分段函数来表示水声功率谱中低频能量与高频能量的分布趋势，具体方法如下：在水轮机水声信号的功率谱中，能量的变化趋势是连续的，且低频区域呈现出随着水声频率的升高能量值陡降的趋势，而在高频区域能量值随着水声频率的升高而降低的幅度则要小得多，低频区域与高频区域之间存在着一个明显的交界点，将水轮机水声信号的功率谱中高低频区域能量随水声频率的变化趋势采用最小二乘法拟合的一次分段函数来拟合，则该一次分段函数可表示为：式中：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；2CN103424260A权利要求书2/2页b0、b1是一次分段函数中常数项；7）采集不同空化系数下的水声信号;逐步降低模型水轮机的空化系数，在不同的空化系数下重复步骤3）至步骤6），直至模型水轮机转轮间隙出现明显的空化现象；8）确定模型水轮机转轮间隙空化：模型水轮机转轮间隙发生空化前，一次分段函数中的b1随着空化系数的减小呈现出单调上升的趋势；空化发生后，则呈现出随着空化系数的减小，b1单调下降的规律性;而一次分段函数中的b1最大值处所对应的空化系数即为模型水轮机转轮间隙空化初始发生时的空化系数,具体判定方法如下:假定改变空化系数m次，空化系数及其对应的一次分段函数中的b1按空化系数由小到大的顺序分别记为(σ1,(b1)1)，(σ2,(b1)2)，…，(σm,(b1)m)，其中σ为空化系数，对相邻空化系数所对应的b1值进行求差运算：di＝(b1)i+1-(b1)i，i＝2,3,…，m式中：di是相邻空化系数所对应的b1值之差;当di<0时，表明没有发生模型水轮机转轮间隙空化；当首次出现di>0时，则点(σi，(b1)i)即为发生模型水轮机转轮间隙空化的位置;9）关闭模型水轮机试验系统。3CN103424260A说明书1/5页确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法技术领域[0001]本发明涉及一种确定模型水轮机转轮间隙空化发生的声学方法。背景技术[0002]随着对水轮机内特性研究的进一步深入及用户对水轮机稳定性要求的逐步提高，保证水轮机特别是巨型水轮机在无空化状态下，特别是转轮间隙无空化状态下，安全稳定运行已成为考核机组运行状态的一项重要指标。[0003]鉴于在目前的技术水平下，根本无法在现场确定水轮机转轮间隙空化现象何时发生。只能够在模型水轮机上对转轮间隙空化现象进行研究。传统的研究方法为通过透明锥管观察模型水轮机转轮间隙处是否有连续气泡产生，如果有，则表明已发生模型水轮机转轮间隙空化，否则，则未发生间隙空化。由于该方法只能依靠目测，没有一个统一的可以量化的标准，致使模型水轮机转轮间