[發明專利]確定模型水輪機轉輪間隙汽蝕的聲學方法

無效

• 申請號: 201310594479.1
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103604607A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 趙越
• 申請（專利權）人: 哈爾濱電機廠有限責任公司;哈爾濱大電機研究所
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種確定模型水輪機轉輪間隙汽蝕的聲學方法，其特征是：該方法包括如下步驟：

1）啟動模型水輪機試驗系統；

2）調整模型水輪機運行工況，使模型水輪機轉輪間隙處于未汽蝕狀態；

3）保持模型水輪機運行工況穩定，對水聲信號進行采集；

4）建立模型水輪機水聲信號截取后的時間序列：

x(n)＝s(n)W(n)

式中：

x(n)為模型水輪機水聲信號截取后的時間序列；

s(n)為模型水輪機水聲信號采樣后的時間序列；

W(n)為窗函數；

5）計算模型水輪機水聲信號的頻譜：

Sxx=2ΔtN|X*(k)X(k)|]]>

式中：

S_xx為模型水輪機水聲信號的功率譜；

Δt為模型水輪機水聲信號的采樣時間間隔；

N為模型水輪機水聲信號的采樣數；

X(k)為對x(n)進行傅立葉變換后的頻譜函數，

WNkn=e-j2πkn/N;]]>

k＝0,1,2,3,4,…，N；

X^*(k)為X(k)的共軛頻譜函數，

6）計算模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積:

A=Σk=0N-1(|X(k)|2·h)]]>

式中:

A為功率譜密度曲線所圍成的面積;

h為頻率分辨率；

7）逐步調整模型水輪機運行工況，重復步驟3至步驟6，使模型水輪機運行范圍覆蓋轉輪間隙由未汽蝕至汽蝕充分發生狀態；

8）利用一次分段函數來表示模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨氣蝕系數的變化趨勢并確定模型水輪機轉輪間隙汽蝕發生點：模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積變化規律呈現出當氣蝕系數高于模型水輪機轉輪間隙汽蝕發生點——點1——時，隨著氣蝕系數的不斷降低，模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積陡降的趨勢，而當氣蝕系數低于汽蝕發生點時，隨著氣蝕系數的不斷降低，模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積呈現出基本不隨氣蝕系數的變化而變化的趨勢，這兩個區域間存在著一個明顯的交界點，該交界點即為模型水輪機轉輪間隙汽蝕發生的位置；

利用一次分段函數來表示模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨汽蝕系數的變化趨勢，具體方法如下：

模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨著汽蝕系數的變化而變化，且當模型水輪機轉輪間隙未發生汽蝕時，模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積呈現出隨著汽蝕系數的減小而陡降的趨勢，而當模型水輪機轉輪間隙處發生汽蝕后，模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積基本呈現出一種幾乎不隨汽蝕系數的變化而變化的趨勢，這兩種變化趨勢之間存在著一個明顯的交界點，該交界點即為模型水輪機轉輪間隙汽蝕的發生位置；

將上述模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨汽蝕系數的變化趨勢采用最小二乘法擬合的一次分段函數y‘來擬合，則偏差平方和最小的一次分段函數的交點x′_m′即為模型水輪機轉輪間隙汽蝕發生的位置，該一次分段函數y’可表示為：

y′=k0x+b0,x≤xmk1x+b1,x>xm]]>

式中：

y'是一次分段函數；

x_m是一次分段函數的交點；

k₀、k₁是一次分段函數中一次項的系數；

b₀、b₁是一次分段函數中常數項；

令任一組測量數據(x_i，y_i)對一次分段函數y'的偏差為V_i，則有V_i＝y-y'，即：

Vi=yi-k0xi-b0,xi≤xmyi-k1xi-b1,xi>xm]]>

假設x_i≤x_m時有n₁個測量數據，x_i＞x_m時有n₂個測量數據，即n₁+n₂＝N，則偏差的平方和Q_i為：

函數y'與模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨汽蝕系數的變化趨勢偏差的平方和Q_i，在區間(x₀,x_n-1)內，以x_m＝x_m+ih遞增方式計算不同x_m時的Q_i值，i＝1，2，…，N-1，h為頻率分辨率，其中最小Q_i值所對應的x_m值即為一次分段函數y'的交界點，而該點所對應的汽蝕系數即為模型水輪機轉輪間隙汽蝕發生時的汽蝕系數，具體判定方法如下:

假定改變汽蝕系數m次，汽蝕系數及其對應的一次分段函數y'與模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨汽蝕系數的變化趨勢偏差的平方和Q_i按汽蝕系數由小到大的順序分別記為(σ₁,Q₁)，(σ₂,Q₂)，…，(σ_m,Q_m)，其中σ為汽蝕系數，對相鄰汽蝕系數所對應的Q值進行求差運算：

假定改變汽蝕系數m′次，汽蝕系數及其對應的一次分段函數y'與模型水輪機水聲信號的功率譜密度曲線與頻率軸所圍成的面積隨汽蝕系數的變化趨勢偏差的平方和Q_i按汽蝕系數由小到大的順序分別記為(σ₁,Q₁)，(σ₂,Q₂)，…，(σ_m′,Q_m′)，其中σ為汽蝕系數，對相鄰汽蝕系數所對應的Q_i值進行求差運算：

d_i＝Q_i+1-Q_i，i＝1,2,…，m′-1

式中：

d_i是相鄰汽蝕系數所對應的Q_i值之差；

當d_i>0時，表明沒有發生模型水輪機轉輪間隙汽蝕；

當首次出現d_i<0時，則點(σ_i,Q_i)即為發生模型水輪機轉輪間隙汽蝕的位置;

9）關閉模型水輪機試驗系統。