一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法
【专利摘要】本发明公开一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法，涉及水力机械模型试验台故障判别领域。本发明利用频闪效应原理，根据与叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生剐蹭处的叶片和下环处发生了相对显著地局部形变致使该叶片形状及与其相邻叶片的间距发生相对明显变化的特性，调整频闪光源的闪光频率来观察叶轮叶片运动状态，以此判定是否发生水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭现象。
【专利说明】
一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法
技术领域
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[0001]本发明涉及一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法。
【背景技术】
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[0002]作为确定原型水力机械性能及进行相应水力学研究的重要手段，水力机械模型试验一直受到业界的高度重视。随着水力机械模型设计加工水平特别是对水力机械模型试验精度要求的不断提高，水力机械模型叶轮的密封间隙呈现出稳步减小的趋势。
[0003]由于水力机械模型叶轮处于轴系的末端距离支撑较远且为悬臂状态，加之水力机械模型叶轮的转速较高，不可避免地会在试验过程中发生轻微晃动的现象。由于水力机械模型叶轮密封间隙较小，某些极端情况下就会发生水力机械模型叶轮密封副间，特别是处于旋转轴系最远端的水力机械模型叶轮下密封副----转动部分和固定部分之间，的剐蹭现象。一旦发生水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间的剐蹭现象，由于叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生接触摩擦，不但会对水力机械模型试验的试验精度造成影响，还会不同程度地对密封副的密封表面造成伤害。由于水力机械模型叶轮在水中工作，要确定水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间是否发生剐蹭现象，目前只能根据水力机械模型试验结果是否稳定来间接推测。该方法不但判断准确率低，容易导致引起水力机械模型试验结果不稳定的真正原因被忽略，还在于一旦采用上述传统的检查方法怀疑发生叶轮下密封副转动部分和固定部分间剐蹭现象的话，还需待水力机械模型试验台中的大量试验用水全部排光后，将叶轮拆卸下来观察下密封副转动部分和固定部分工作表面是否出现擦伤才能最终确定。
[0004]上述传统的检查方法不仅需要浪费大量的人力物力和时间，而且由于没有一项可靠的实时现场检查手段来判定是否确实有叶轮下密封副转动部分和固定部分间剐蹭现象发生，往往将叶轮拆卸下来后才发现叶轮下密封副转动部分和固定部分间未发生剐蹭现象，影响了正常的模型试验进度。因此，有必要开发一种能够在水力机械模型试验台上，特别是在水力机械模型工作状态下，实时准确判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的方法。
【发明内容】
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[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法。本发明的技术方案是:
[0006]I)将水力机械模型试验台调整至工作状态；
[0007]2)使水力机械模型试验台转速保持稳定；
[0008]3)开启频闪光源；
[0009]4)调整频闪光源的闪光频率，使水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内；
[0010]5)通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察叶轮叶片运动状态；
[0011]6)如果通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察到的叶轮叶片运动状态为缓慢匀速运动，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间无剐蹭现象发生;若叶轮叶片总体呈缓慢匀速运动状态，等时间间隔地出现转轮叶片停滞或阶跃现象，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象。
[0012]技术效果:
[0013]本发明公开一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法，首次实现了利用光学方法对水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象的实时检测。
[0014]频闪光源是一种闪光频率可调的能够按照设定频率发出瞬间强闪光的专用设备。当频闪光源的闪光频率恰好调至与水力机械模型的转动频率相同时，虽然此时水力机械模型叶轮叶片仍在高速旋转，但人眼看上去却如同叶片相对于水力机械模型固定部件而言呈现出静止不动的状态且水力机械模型叶轮叶片上的标记清晰可见。这就是频闪效应原理。如果将频闪光源的闪光频率调整到与水力机械模型试验台转速频率相差5Hz之内并保持该差值恒定，则此时仍在高速旋转的水力机械模型叶轮叶片人眼看上去则呈现出缓慢匀速运动状态。
[0015]水力机械模型叶轮由上冠、若干叶片和下环几个部件组成，叶片通过机械方式分别固定在上冠和下环上。从组成结构可以看出，水力机械模型叶轮在旋转方向上可以被看做一个弹性体:当水力机械模型叶轮正常转动时，水力机械模型叶轮上的叶片作为水能与机械能之间能量转换的主要部件，始终受到一个恒定的作用力，叶片的微变形也是相同的。将频闪光源通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口照射到旋转的叶轮叶片上，此时如果调整频闪光源的闪光频率使水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内并通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察叶轮叶片运动状态的话，就能够观察到的叶轮叶片运动状态为缓慢匀速运动;而当水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象时，水力机械模型叶轮上的叶片除了始终受到一个恒定的水作用力作为之外，还受到一个叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生剐蹭现象时产生的一个始终与叶轮运动方向相反的阻力。水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象时，水力机械模型叶轮下环在旋转过程中都会不断重复着瞬间剐蹭----无剐蹭----瞬I B]剐蹭----无剐蹭......的过程。由于发生叶轮下密封副转动部分和固定部分间的剐蹭现象均为点与点之间的接触并不影响叶轮的正常转动而仅仅是对叶轮下环这个结构上的薄壁件施加了一个与叶轮运动方向相反的阻力，这个力使叶轮下环产生了局部的可恢复的形变。由于叶轮下环的局部形变量极为有限，其能够影响的叶片的数量有限，叶轮下环产生的形变仅仅能够直接导致发生剐蹭处下环及与下环剐蹭处机械连接在一起的叶片发生相对显著地局部形变而其他叶片则基本无形变发生。此时如果调整频闪光源的闪光频率使水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内并通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察叶轮叶片运动状态的话，则由于绝大部分叶片基本无形变发生，可以观察到叶轮叶片总体呈缓慢匀速运动状态，而由于与叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生剐蹭处的叶片和下环处发生了相对显著地局部形变，致使该叶片形状及与其相邻叶片的间距发生了变化，相对于水力机械模型试验台转速频率，也就是转轮转动频率而言，发生形变的叶片发生了相位迟滞现象，也就是可以观察到等时间间隔地出现转轮叶片停滞或阶跃的现象。
[0016]通过上述分析可以很清晰地勾画出采用光学方法判定水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的具体步骤:当频闪光源通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口照射到旋转的叶轮叶片上且水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内时，如果叶轮叶片运动状态为缓慢匀速运动，则水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间无剐蹭现象发生;如果等时间间隔地出现转轮叶片停滞或阶跃的现象，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象。
[0017]本发明首次公开了一种能够在水力机械模型工作状态下实时准确判别水力机械模型叶轮下密封是否发生转动剐蹭的方法。与传统的通过水力机械模型外特性的降低来判定水力机械模型叶轮下密封是否发生转动剐蹭的方法相比，不仅实时判定剐蹭是否发生的准确率提高至100%，而且无需为最终确定是否发生水力机械模型叶轮下密封剐蹭现象而将水力机械模型试验台中大量试验用水全部排光，再将叶轮拆卸下来后才能做出最终判定，从而提高了水力机械模型试验台的使用率。
【具体实施方式】
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[0018]—种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法，其操作流程为:
[0019]I)将水力机械模型试验台调整至工作状态；
[0020]2)使水力机械模型试验台转速保持稳定；
[0021]3)开启频闪光源；
[0022]4)调整频闪光源的闪光频率，使水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内；
[0023]5)通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察叶轮叶片运动状态；
[0024]6)如果通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察到的叶轮叶片运动状态为缓慢匀速运动，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间无剐蹭现象发生;若叶轮叶片总体呈缓慢匀速运动状态，等时间间隔地出现转轮叶片停滞或阶跃现象，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象。
【主权项】
1.一种判别水力机械模型叶轮下密封转动剐蹭的光学方法，其特征是:操作步骤如下: 1)将水力机械模型试验台调整至工作状态； 2)使水力机械t吴型试验台转速保持稳定； 3)开启频闪光源； 4)调整频闪光源的闪光频率，使水力机械模型试验台转速频率与频闪光源闪光频率之差保持恒定且在5Hz之内； 5)通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察叶轮叶片运动状态； 6)如果通过水力机械模型试验台上预留的观察水力机械模型叶轮区域流动状态的透明观察窗口观察到的叶轮叶片运动状态为缓慢匀速运动，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间无剐蹭现象发生;若叶轮叶片总体呈缓慢匀速运动状态，等时间间隔地出现转轮叶片停滞或阶跃现象，则表明水力机械模型叶轮下密封副转动部分和固定部分间发生了剐蹭现象。
【文档编号】G01M13/02GK105928703SQ201610326112
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】王永潭, 赵越, 王振羽, 孔繁臣, 项德志, 韩四保, 王长营, 寇鸣礼, 王永峰, 明君, 张金伟, 刘登峰, 李正, 马文豪, 赵伟, 赵英男, 刘智良, 郭全宝, 明亮, 聂文昭, 邵国辉, 徐用良, 冯韬行
【申请人】哈尔滨电机厂有限责任公司, 国家电网公司, 国网新源控股有限公司, 松花江水力发电有限公司丰满大坝重建工程建设局