[發明專利]一種貫流式水輪機振動信號分離方法

有效

• 申請號: 202110480143.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113221986B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 馮建軍;李康;羅興锜;朱國俊;吳廣寬
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06K9/00;G01H9/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發明所采用的技術方案是，一種貫流式水輪機振動信號分離方法，具體為：采用激光測振儀對轉輪的振動速度信號進行采集，得到振動速度信號采樣后的時間序列x(t)，然后通過低通濾波器進行濾波得到濾波后的振動速度信號x₁(t)，再進行均值處理，得到處理后的振動速度信號x'₁(t)，然后進行白化處理、變分模態分解、降維處理得到新的信號u’(t)，然后將u’(t)進行獨立分量分析，分離出信號u。本發明能夠將空化所引起的振動信號與一般的振動信號快速而準確地分離。

技術領域

本發明屬于水輪機技術領域，涉及一種貫流式水輪機振動信號分離方法。

背景技術

空化現象普遍存在于水力機械中，是造成水力機械效率和出力下降、機組振動、運行不穩定的重要原因之一。空化還可能會導致空蝕的發生，而且空泡潰滅會對機組部件表面產生破壞。空蝕在泥沙磨損的聯合作用下其破壞更加強烈，嚴重影響機組的可靠運行和使用壽命。通常按空蝕發生的部位可將其分為葉型(翼型)空蝕、空腔空蝕、間隙空蝕、其他局部脫流引起的空蝕。在以上空蝕中，間隙空蝕可能會引起機件破壞，對水力機械的效率也有一定的影響，但最為常見且危害較大的是翼型空蝕和空腔空蝕，它們不僅會損壞水機部件，而且會使出力和效率下降，甚至引起機組的強烈振動和不穩定運行。貫流式水輪機是開發潮汐海洋能的關鍵水力機械設備，其安全穩定運行關系到潮汐能的高效開發利用。在貫流式水輪機中，由于水流通過轉輪和轉輪室之間的葉頂間隙時局部流速升高且壓強降低，經常會發生間隙空化現象。因此，對空化的判定顯得尤為重要，但是，空化發生時往往同時伴隨著其他激振源(水力、機械及電氣等)，如何從監測的信號源中快速而準確地分離出空化信號，特別是對空化初生的準確判別，依然是空化測試的難點。

發明內容

本發明的目的是提供一種貫流式水輪機振動信號分離方法，能夠將空化所引起的振動信號與一般的振動信號快速而準確地分離。

本發明所采用的技術方案是，一種貫流式水輪機振動信號分離方法，采用一種水輪機振動數據采集試驗系統，包括依次連通的進水管、轉輪室、尾水管，進水管內根據水流方向依次設置有燈泡體、導葉，導葉連接有轉輪，轉輪位于轉輪室內，轉輪室的外側設置有激光測振儀，激光測振儀通過導線電連接有數據采集系統，數據采集系統連接有控制臺，具體按照如下步驟實施：

步驟1，啟動水輪機振動數據采集試驗系統，水流依次經過進水管、燈泡體、導葉、轉輪以及尾水管；

步驟2，采用激光測振儀對轉輪的振動速度信號進行采集，并將測量數據通過數據采集系統發送到控制臺，得到振動速度信號采樣后的時間序列x(t)；

步驟3，將步驟2中采集到的振動速度信號x(t)通過低通濾波器進行濾波得到濾波后的振動速度信號x₁(t)；

步驟4，對濾波后的振動速度信號x₁(t)進行去均值處理，得到處理后的振動速度信號x₁'(t)；

步驟5，對步驟4中去均值處理后的振動速度信號x₁'(t)進行白化處理，得到白化處理后的信號z(t)；

步驟6，對白化處理后的信號為z(t)進行變分模態分解，得到分解后的信號u(t)；

步驟7，用主成分分析對分解后的信號u(t)進行降維處理，得到新的信號u’(t)；

步驟8，將u’(t)進行獨立分量分析，分離出信號u。

本發明的特征還在于，

步驟4中x′₁(t)的計算方法為：

x′₁(t)＝x₁(t)-E(x₁(t)) (1)