一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法与流程

技术特征：

1.一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：设备安装；

步骤二：信号采集；

步骤三：计算脉冲重复率；

步骤四：计算声强烈度；

步骤五：绘制工况变化与空化状态关系曲线图。

2.根据权利要求1所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述步骤一包括：分别在水轮机组的转轮外壁、尾水管位置安装声发射传感器、水位传感器、振动加速度传感器和拉绳式导叶位移传感器，并通过信号采集系统统一监控，其中信号采集系统由计算机、隔离器、功率变送器、带通滤波器和低通滤波器构成。

3.根据权利要求1所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述步骤二包括：通过传感器收集水轮机组相同工况下的连续频谱信号，通过多尺度混合形态滤波器滤除信号中无关的谐波成分，然后再对滤波后的信号采用形态闭开的差值滤波处理，得到明显的周期性冲击特征。

4.根据权利要求3所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述多尺度混合形态滤波器公式为

F_OC(f(n))为开－闭滤波器，F_CO(f(n))为开－闭滤波器，f(n)输入信号序列f(n)为定义在F＝(0,1,…,N-1)上的离散函数。

5.根据权利要求3所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述闭开的差值滤波器为f·g(n)为关于g(n)的闭运算，为关于g(n)的开运算，g(n)为结构元素序列g(n)为G＝(0,1…,M-1)上的离散函数。

6.根据权利要求1所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述步骤三包括：对同一稳定工况下的声发射信号的时域波形图进行分析，将每周期内声发射信号根据相位分成36段，计算每段信号内脉冲超过门槛电压值的次数Ni，如果此次数Ni大于某一设定值N0，则认为这一段信号内有声发射脉冲事件，记为E(i)＝1，否则E(i)＝0；在一段时间内，即M个周期内，定义脉冲重复率P(i)为：

其中j表示第j个周期，i表示一个周期内第i个段，i＝1，2，...,36；如果P(i)>0.7，则认为声发射信号是必然出现的，否则认为是随机出现的。

7.根据权利要求1所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述步骤四包括：对应电性的裂纹故障，声发射频率在150KHz左右，因此可以利用如下公式进行重构：

$c_{j-1,k}=\underset{m}{\Σ}h(m-2k)c_{j,m}+\underset{n}{\Σ}g(n-2k)d_{j,n}$

其中：c_j-1,k表示为尺度系数，m表示序列数，k表示序列数，n表示序列数，d_j,n表示为小波系数，h()表示与g()表示正交镜像滤波器，c_j,m表示尺度系数；

具体为：对波形进行5层小波分解，把波域分0～15.625K，15.625K～31.25K，31.25K～62.5K，62.5K～125K，125K～250K，250K～500KHz 6段，然后对31.25K～62.5K和125K～250K段信号进行重构；

其中125K～250K段重构信号作为空化空蚀发射强度，对此频段信号进行声强烈度计算，具体为：首先计算出采样点中超过门槛值的所有峰值点，计算出所有峰值点的平方的值连线，就得到一条检波包络线，然后利用如下公式计算该线和X轴之间的面积就得到一段时间内的总能量：

$E=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^{N}f\left(n\right)*1}{T}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_1^{N}f\left(n\right)}{T}$

式中f(n)表示包络线的函数，自变量n的范围是0～N，其中N是一次采集的总采样点个数，T表示采样周期。

8.根据权利要求1所述的一种基于声发射信号的水轮机组空蚀空化状态诊断方法，其特征在于：所述步骤五包括：通过改变水轮机组的工作状态，所述工作状态包括：水头、有功和导叶开度，分别测定不同工况下的空化状态，并绘制工况变化与空化状态关系曲线图。