轴流转桨式水轮机空化程度声信号辨识研究

通过空化声信号判断水轮机中的空化程度是水轮机空化检测的方向和难题,为此进行了轴流转桨式水轮机模型转轮空化试验:选择了4个常用桨叶角度,固定桨叶角度和水头,调整尾水位改变空化状态,试验中用频率范围达1MHz的超声传感器测量空化声信号,并对转轮室空化进行录像。通过观察试验闪频录像,把空化严重程度划分为4个典型的级别,以此作为验证声信号辨识算法的判据。在分析试验数据的基础上,提出空化声信号特征矢量分类法,即把采集到的声信号按频段划分,每个频段的方差作为一维,组成空化特征矢量、通过对特征矢量的空间分类来判别轴流转桨式水轮机空化严重程度。用该方法处理所有试验数据,给出与录像观测进行比较的统计结果,表明该方法是可行和有效的。     

轴流式水轮机不同空化状态下声信号的频谱特征

分析了轴流式水轮机模型转轮空化试验的数据。首先确定了用可视观测来评判空化严重程度,在此基础上重点分析了超声传感器测量到的宽频信号,找出了不同工况下,空化发展变化时声信号频谱变化的规律。     

小波变换应用于水轮机空化信号检测

水轮机中的空化现象成因复杂,影响水轮机性能和使用寿命,危害很大.通过测量空化噪声信号监测空化发展程度是防止机组在空化状态下运行的一个重要方法.空化噪声信号是典型的突变信号,单纯依靠频谱分析难以确定不同空化程度下对应的噪声信号特点.小波变换良好的时频局部化特性使其能够很好地处理信号突变点.本文尝试应用小波变换处理空化噪声信号,通过小波变换的模极大值来描述空化噪声信号的奇异性,提出了2个新的参数用以描述不同空化程度下噪声信号的特点.将该方法应用于实测数据分析的结果表明:该方法能够提供更多噪声信号中的突变信息,可以更好的帮助判断空化发展的程度,对于监测空化状态是非常有效的.     

水轮机空化在线监测系统设计

现有的水轮机空化在线监测系统大多信号频带窄、仅有单通道且无板上信号处理,造成系统的检测精度比较低且不利于空化空间定位和在线检测。文中提出一种空化在线监测系统,系统的分析频段从1Hz到500kHz,扩大了研究频段,便于提高空化检测的精度;系统具有8个通道,提高了检测的空间分辨力,系统板载TI公司数字信号处理器的特点提高了空化信号处理能力并压缩了数据量。在水轮机空化模型试验中采用了该系统。研究发现,随着空化系数减小,加速度信号和声信号的均方根总体均逐渐增大。所以,加速度信号和声信号都可以用来检测空化,其中声信号检测更加可靠。同时,发现在空化初生附近,声信号中高频成分能量百分比达到一个很显著的极值,这对于空化初生检测是很有益的。     

水轮机空化状态声发射信号的小波包能量特征

为了充分提取水轮机空化状态下声发射信号蕴含的时频特征及其变化规律,基于混流式水轮机模型空化试验,采集了间隙空化不同阶段时典型测点的声发射信号,采用小波包分析方法提取了声发射信号的小波包能量等特征参数,分析了这些参数随水轮机空化系数变化的关系。结果表明,随着水轮机空化系数的逐渐减小,从无空化、空化初生到完全空化状态,在导叶拐臂和转轮下环底部采集到的声发射信号的小波包能量随之发生了明显的规律性变化。开始时小幅缓慢增加,在空化初生附近达到某一峰值,接着略有回落,然后在临界空化状态时急剧增加达到较之以前更大的峰值,最后急剧回落。     

冲蚀和空蚀交互磨损及其影响因素研究

基于计算流体力学（CFD）方法,数值研究了在模拟水轮机工况下,纯空蚀与冲蚀和空蚀交互作用时,转盘表面上汽液固三相流场及特性,以及空化孔径和孔距对交互作用的影响,并在转盘式磨损装置上,进行了汽液固三相冲蚀和空蚀交互磨损试验。结果表明：数值分析得到转盘表面在纯空蚀与冲蚀和空蚀交互作用下,其压力分布、汽相分布明显不同,在冲蚀和空蚀交互作用下,空化孔附近交互磨损比纯空蚀磨损严重且靠近空化孔,磨损主要发生在有汽相体积比且压力梯度较大的区域;在交互作用下,就某一空化孔而言,磨损区域在空化孔沿转盘旋转方向的孔边成夹角展开为鱼尾形,并且随着空化孔径的增大,磨损加剧,随着孔间距的减小,空蚀部分产生叠加,磨损加剧;从转盘的磨痕区域和磨损程度分析,数值计算结果和试验结果基本相符。     

轴流转桨式水轮机空化振动监测的试验研究

为满足电厂水轮机空化监测的需要,本文采用自行设计的空化监测系统对葛洲坝电厂某轴流转桨式水轮机组的现场空化特性进行了试验,通过数据采集和信号分析对多个工况下的水轮机空化信号特征进行了研究。试验中采用4个1-20kHz的高频振动加速度传感器,对水轮机四个不同位置的空化信号进行同时采集。试验表明在同一工作水头,多个工况下,水轮机的空化振动能量主要在2kHz以上,空化振动强度随着机组出力的增加而增大,在水轮机导叶轴和支持盖上所监测到的空化信号特征较尾水管处明显;同时也发现在该试验水头下115MW出力的空化振动能量较110MW和130MW小,是一个理想的工作点。这些结论对电厂的水轮机经济运行具有实际指导意义。     

基于CFD的高水头水泵水轮机空化性能研究

由于高水头水泵水轮机的运行水头(扬程)和流量变幅大,水流流经转轮叶片时流速高,机组运行工况复杂多变,比常规水轮机更易发生空蚀。因此,进行高水头水泵水轮机空化特性的CFD数值模拟分析。首先对水轮机工况的几个工况点进行数值模拟,并与试验结果进行比较,验证了数值模拟的可靠性。其次分别对水轮机工况和水泵工况进行空化流动计算。计算结果表明,水轮机工况的空化主要发生在叶片和尾水管处;水泵工况的空化主要发生在转轮叶片上,吸力面空化比压力面严重。随着进口压力的不断降低,空化程度也越来越严重。     

关于反击式水轮机空蚀评定国家标准的修订

空化性能是水轮机主要性能参数之一。本文介绍了中国水轮机标准化委员会国家标准修订工作组对1995年实行的GB15469《反击式水轮机空蚀评定》标准的修订过程,说明了2008年标准与1995年标准和国际电工委员会IEC60609—1:2004《反击式水轮机、蓄能泵和水泵水轮机空蚀评定》标准的异同。GB15469—2008版标准的贯彻实施将对我国水轮机开发与制造水平起到促进作用。     

论水斗式水轮机转轮水斗的破坏

水斗式水轮机不会发生空化现象,水轮机转轮水斗不会受到空蚀破坏。空化理论不属于水斗式水轮机。本文就水斗式水轮机转轮水斗工作面、背面及侧面的破坏等现象的物理成因论述己见。     

水轮机空化声发射信号的联合降噪与特征提取北大核心CSCD

探究水轮机空化诱导的声发射信号随空化状态的变化规律对监测空化具有重要意义。为解决声发射信号携带噪声和特征提取困难的问题,本文建立一种基于自适应迭代滤波分解-奇异谱分析联合降噪和固有时间尺度分解结合特征参数的特征提取方法。首先,采用自适应迭代滤波分解结合相关系数对声发射信号初步降噪,滤除明显噪声分量,重构剩余分量并通过奇异谱分析进一步降噪,将所得信号与趋势分量相加,完成整个降噪过程。然后,对降噪后信号进行固有时间尺度分解,筛选出有效分量,计算其绝对能量和相对能量熵。最后,分析它们随空化系数变化的规律。研究结果表明,绝对能量和相对能量熵随空化系数的变化具有明显的规律性,均能反映水轮机空化的发展状况。     

基于小波包频带分析技术的水轮机空化特性研究

在详细分析水轮机空化信号特点的基础上,总结了适合于空化信号分析的小波基函数应具有的特点;为避免信号小波包分解的盲目性,文中采用了区间小波包分解方式,即有针对性地对空化信号进行深层次分解.结合水轮机模型空化状态观测结果,对相应状态下监测的空化超声波信号进行小波包时频分布特性和频带能量分布特性分析,得出了水轮机空化超声波时域信号幅值调制特性和频域能量分布随空化系数变化的关系,验证了小波包频带分析技术对水轮机空化信号分析的有效性.     

基于HHT的水轮机空化信号研究

水轮机是水力发电机组中的关键设备,空化又是水轮机组运行过程中影响其稳定性和效率的因素之一。由于水轮机结构和运行的特殊性,空化不易被直接观测,采用水轮机空化声信号监测是研究空化的有效途径。传统的傅里叶变换和目前常用的小波变换对于窄带低频信号的分析效果明显,但两种方法很难涵盖水轮机空化宽带高频信号。本文正是在此情况下,提出了一种新的空化信号分析方法,Hilbert-Huang变换(HHT)。该方法对信号具有自适应功能,经验模态分解分解能提取具有明确物理意义的水轮机空化模式分量信号。通过对同一空化信号分别进行小波和HHT分析比较,发现HHT方法更具计算准确、精度高等优点。将基于Hilbert-Huang变换方法引入到水轮发电机组空化信号特征提取中,对水轮发电机组故障诊断系统的准确度将是一个有效的提升。     

水轮机空化空蚀分析软件设计

本文从数据的测试与存储管理、信号数据的分析、空蚀失重量估计等方面介绍了永轮机空化空蚀软件的设计思路和方法.介绍了两种分析空化噪声的有效方法:多维空化分析和叶片通道频率分析;通过修正J.L.Gordon空蚀率估计公式,并结合工况和空化噪声的分析计算,提出了空蚀失重量估计的思路,并在软件上加以实现.     

大型发电机定子槽楔松动的声检测研究

针对使用波纹的大型发电机定子槽部固定结构，在实验室建立了槽楔松动模型。利用自行开发研制的声检测系统对该槽楔松动模型进行声检测研究。研究表明在波纹板的弹性范围内，随着波纹板形变量的加大，测得的声信号能量谱图中主频率值逐渐增加。该主频率值可用来定量计算波纹板的形变量，并作为判断槽楔松动程度的特征参量。     

基于声发射信号的煤岩界面识别研究

为实现采煤机煤岩截割过程中滚筒高度的自动调节控制,提出一种基于声发射信号的煤岩界面动态识别方法,测试和提取不同煤岩截割比例条件下的声发射特征信号。采用时域分析方法得到不同工况下的时域指标,采用小波分析方法提取煤岩截割的声发射信号特征值,建立不同煤岩截割比例条件下声发射信号的最小隶属度函数,实现煤岩截割比例的实时在线监测。实验室截割实验测试结果表明,滚筒实际煤岩轨迹与截割煤岩轨迹之间差值的平均值、方差、标准差很小。实验结果验证了该识别系统的精确性与可靠性。     

含沙量对高速水流空蚀影响的试验研究

本文在小型循环式水洞中试验研究了含沙量对高速水流空蚀影响的机理。首先,在小型循环式水洞的水箱内筒中人工配制了低含沙量、中含沙量、高含沙量的挟沙水流,用红外测沙仪测定了挟沙水流的含沙量,用压力动态数据采集系统量测了不同含沙量时空蚀区的压力;其次,为了探究含沙量对空蚀和磨蚀的影响,制作了不同龄期、不同配合比的混凝土试件,分别在空化区和空蚀区安装混凝土试件,使混凝土试件在不同含沙量工况下进行5 h的空蚀和磨蚀试验,通过混凝土试件每小时的重量损失来表征空蚀量和磨蚀量。试验结果表明：中值粒径d50 = 1.09 mm（沙粒）,含沙量S = 0 ~ 30 kg/m3工况下,水洞空蚀区各测点的压力和空化数随含沙量的增加而升高,促进了空蚀的发生;混凝土试件配合比、龄期不变时,混凝土试件的空蚀程度随含沙量的增加而加剧,空蚀范围扩大。较高强度配合比的混凝土试件在不同含沙量时的抗空蚀能力优于较低强度配合比（的混凝土试件,且含沙量越高,其抗空蚀能力的差距越明显;随着养护时间的延长,混凝土试件在不同含沙量的抗空蚀能力也在增强;相同试验历时的混凝土试件磨蚀量远小于空蚀量,意味着含沙高速水流对混凝土试件的空蚀作用远大于泥沙的磨蚀作用。     

基于声发射技术的绝缘子污秽放电监测

在绝缘子污秽放电存在声发射现象的基础上,提出了一种基于声发射技术监测绝缘子污秽放电的方法,并研制出绝缘子污秽放电监测装置。进行了大量污秽试验,试验结果表明．随着绝缘子污秽放电强度的加强,放电产生的声波信号也随之加强,信号脉冲的幅值增大,脉冲出现的频率也增大。绝缘子污秽放电产生的声波信号可以真实反映绝缘子污秽放电过程．通过监测声波信号可以判断放电的发展趋势及对电力系统的危害性。