确定模型水轮机转轮叶片进口部位空化的声学方法技术

确定模型水轮机转轮叶片进口部位空化的声学方法涉及模型水轮机转轮叶片进口部位空化判别领域。本发明专利技术通过分析表征水声信号低频能量分布趋势的Δf1值随空化系数变化的趋势来判定模型水轮机转轮叶片进口部位处是否发生空化。在获取模型水轮机运行转轮的声波信号后，通过建立水声信号低频能量分布趋势的数学模型，利用发生模型水轮机转轮叶片进口部位空化时，表征水声信号低频能量分布趋势的一次分段函数的分界点恰好为模型水轮机转轮叶片进口部位空化初始发生点这一特性，通过确定该一次分段函数的分界点的空化系数来确定模型水轮机转轮叶片进口部位空化的发生。

【技术实现步骤摘要】

:本专利技术涉及一种确定模型水轮机转轮叶片进口部位空化发生的声学方法。
技术介绍
: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，特别是转轮叶片进口部位处无空化状态下，安全稳定运行已成为考核机组运行状态的一项重要指标。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叶片进口部位处的空化现象何时发生。只能够在模型水轮机上对转轮叶片进口部位处的空化现象进行研究。传统的研究方法为通过布置在模型水轮机导叶与转轮间的专用设备观察模型水轮机转轮叶片进口部位处是否有连续气泡产生，如果有，则表明模型水轮机转轮叶片进口部位处有空化发生，否则，则未发生转轮叶片进口部位空化。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叶片进口部位处空化的确定随着观测者及观测位置的不同而产生很大的差异，从而影响到对转轮叶片进口部位空化的确定。因此迫切需要一种可以完全利用测量数据来判定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化何时发生的方法。
技术实现思路
:本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够采用计算机程序确定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化的声学方法。本专利技术的技术方案是:一种确定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化的声学方法，该方法包括如下步骤:I)启动模型水轮机试验系统；2)调整模型水轮机运行工况，使模型水轮机转轮叶片进口部位处于未空化状态；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 (η) V (η)式中:x(η)为模型水轮机水声信号截取后的时间序列；s (η)为模型水轮机水声信号采样后的时间序列；W (η)为窗函数；5)计算模型水轮机水声信号的频谱:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化的声学方法，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，使模型水轮机转轮叶片进口部位处于未空化状态；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：Sxx=2ΔtN|X*(k)X(k)|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，WNkn=e-j2πkn/N;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：y‾=k0x+b0,x≤xmk1x+b1,x>xm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；b0、b1是一次分段函数中常数项；7）利用一次分段函数来表示水声功率谱中低频能量的分布趋势，具体方法如下：利用项6所述方法，在水声功率谱(0，f0)频率区间内对水轮机水声信号的能量变化趋势采用最小二乘法拟合的一次分段函数来描述，其中，f0为利用项6所述方法计算出的水轮机水声信号功率谱中高低频区域能量的交界点所对应的频率，该一次分段函数的交点所对应的频率记为f1，8）计算Δf1按下式计算Δf1：Δf1＝f0?f19）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8，直至水轮机转轮叶片进口部位处出现明显的空化现象；10）确定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化：具体判定方法如下:将上述Δf1随空化系数σ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 为模型水轮机转轮叶片进口部位处空化初始发生的位置，该一次分段函数y′可表示为：y′=k0′x′+b0′,x′≤xm′k1′x′+b1′,x′>xm′式中：y“是一次分段函数；x′m是一次分段函数y′的交点；k′0、k′1是一次分段函数y′中一次项的系数；b′0、b′1是一次分段函数y′中常数项；令任一组测量Vi＝yi?y′i数据(xi，yi)对一次分段函数y“的偏差为Vi，则有Vi＝yi?y′i，即：Vi=yi-k0′xi′-b0′,xi′≤xm′yi-k1′xi′-b1′,xi′>xm′假设x′i≤x′m时有n1个测量数据，x′i＞x′m时有n2个测量数据，即n1+n2＝N，则偏差的平方和Qi为：的变化趋势偏差的平方和Qi，其中最小Qi值所对应的x′m值即为一次分段函数y“的交界点，而该点所对应的空化系数即为模型水轮机转轮叶片进口部位处空化初始发生的位置；11）关闭模型水轮机试验系统。FDA0000418037410000021.jpg,FDA0000418037410000023.jpg,FDA0000418037410000024.jpg,FDA0000418037410000025.jpg,FDA0000418037410000027.jpg,FDA0000418037410000031.jpg,FDA0000418037410000032.jpg,FDA0000418037410000033.jpg,FDA0000418037410000043.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种确定模型水轮机转轮叶片进口部位处空化的声学方法，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，使模型水轮机转轮叶片进口部位处于未空化状态； 3)保持模型水轮机运行工况稳定，对水声信号进行采集； ...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵越，
申请(专利权)人：哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨大电机研究所，
类型：发明
国别省市：