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专利号: 2020107841183
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种贯流式水轮机间隙空化初生的检测方法,其特征在于,采用模型贯流式水轮机试验系统,包括依次连通的进水管(1)转轮室(5)、尾水管(6),所述进水管(1)内按照水流方向依次设置有灯泡体(2)、活动导叶(3),所述活动导叶(3)连接有转轮(4),所述转轮(4)位于转轮室(5)内,所述转轮室(5)的外侧设置有激光测振仪(7),所述激光测振仪(7)通过导线电连接有数据采集系统(8),具体按照如下步骤实施:步骤1,启动模型贯流式水轮机试验系统,水流依次经过进水管(1)、灯泡体(2)、活动导叶(3)、转轮(4)以及尾水管(6);

步骤2,调整模型贯流式水轮机运行工况,使转轮(4)的叶片处于未间隙空化状态;

步骤3,保持模型贯流式水轮机运行工况稳定,采用激光测振仪(7)对转轮室(5)的振动的加速度信号进行采集,并把测量数据发送到数据采集系统(8),得到转轮室(5)振动的加速度信号采样后的时间序列;

步骤4,将步骤3得到的转轮室(5)振动的加速度信号采样后的时间序列进行截取,得到截取后的时间序列,截取后的时间序列为: ,其中,x(t)为模型贯流式水轮机转轮室(5)振动的加速度信号截取后的时间序列;s(t)为模型贯流式水轮机转轮室(5)振动的加速度信号采样后的时间序列;W(t)为窗函数,t指的是时间;

步骤5,使用快速傅里叶变换将转轮室(5)振动的加速度信号截取后的时间序列的时域信号转变为频率信号,频率信号为: ,其中, ,k=0, 1, …,N‑1,N,N为时间序列x(t)的长度;

步骤6,确定模型贯流式水轮机转轮(4)的叶片通过频率fp下的幅值Ap,fp=Zrn·fn,其中,fp为模型贯流式水轮机转轮(4)的叶片通过频率;Zrn为模型贯流式水轮机转轮(4)的叶片数;fn为模型贯流式水轮机转轮(4)的转动频率;将步骤5得到的频率信号绘制频率信号图,然后根据fp在频率信号图中查询对应幅值Ap;

步骤7,重复步骤4‑6采集不同空化系数下转轮室(5)振动的加速度信号,具体为:不断降低模型贯流式水轮机的空化系数σ,并在不同的空化系数下采用激光测振仪对转轮室振动的加速度信号进行采集,并发送至数据采集系统,然后依次重复步骤4至步骤6,直至贯流式水轮机转轮(4)叶片出现明显的间隙空化现象,即观察到贯流式水轮机转轮(4)叶顶有连续气泡出现;

步骤8,确定模型贯流式水轮机转轮(4)的叶片间隙空化初生对应的空化系数,具体为:用最小二乘法拟合的一次分段函数  拟合步骤6中模型贯流式水轮机转轮叶片通过频率fp下的幅值Ap随空化系数σ的变化趋势,然后根据最小二乘法拟合函数的原理,寻求最小平方差之和Q来获得一次分段函数的交点  即为模型贯流式水轮机转轮叶片间隙处空化初生的位置;

步骤9,关闭模型贯流式水轮机试验系统。

2.根据权利要求1所述的一种贯流式水轮机间隙空化初生的检测方法,其特征在于,所述一次分段函数  的公式如下:

式中: 是一次分段函数;  是一次分段函数的交点;a和a’是一次分段函数  中一次项的系数;b和b’是一次分段函数  中常数项;

假定试验测量数据在一次分段函数  交点  处分开时前有n1个测量数据,后有N0‑n1个测量数据,N0为步骤7中进行了重复试验的次数,则最小平方差之和Q的公式如下:其中,i表示步骤7第i次重复试验,x是坐标轴的横坐标值,即为空化系数σ的值,y是坐标轴的纵坐标值,即为叶片通过频率fp下的幅值Ap的值,是表示拟合一次分段函数  在第i次重复试验的拟合值,即为拟合的幅值Ap的值,表示拟合一次分段函数  在第i次重复试验的时空化系数σ的值;

通过对Q求偏导数来获得极小值:

其中,最小值Q所对应的  值即为一次分段函数  的交点,也就是模型贯流式水轮机转轮叶片间隙空化初生的位置。

3.根据权利要求1所述的一种贯流式水轮机间隙空化初生的检测方法,其特征在于,激光测振仪(7)的测点与所述转轮室(5)对应的位置处水平距离为L,L大于0.5m。