一种水轮机空化程度表示方法与流程

本发明属于水轮机空化现象的实时检测领域。

背景技术：

1、随着用户对水轮机整体稳定性要求的逐步提高，保证水轮机特别是巨型水轮机在无空化状态下安全稳定运行已成为考核机组运行状态的一项重要指标。

2、空化是液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸气或气体的空穴（空泡）的形成、发展和溃灭的过程，是液体与气体的相变过程，包括空泡的发生、发展和溃灭三个阶段。空泡发生阶段会伴有噪声辐射的大幅度上升；空泡溃灭阶段能够释放出巨大的压能和热能，是造成液体与固体交界面材料破坏的主要过程；在空泡初生与溃灭之间的是空化发展阶段，它主要是干扰空化物体的运动、使作用力发生变化，譬如推力下降、部件振动摆度增大等。

3、鉴于在目前的技术水平，仅仅当空化现象严重到足以影响水轮机外部特性，即振动摆度增大、噪声增大时，才能够通过外部设备信号信息再依靠技术人员的经验按照概率估计出可能是发生了空化现象。这种方法的准确率不高，而且在空化现象的初始阶段现有的所有检测设备均无法检测，更不要说评价空化发生的程度了并对空化发生的程度进行评价。

4、因此，有必要开发一种能够实时准确检测水轮机是否发生空化并对能够表征空化发生程度的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种水轮机空化程度表示方法。所述方法是通过如下步骤实现的：

2、步骤一：采集水轮机处于非过渡工况稳定运行状态下的水声信号；

3、步骤二：对上述水轮机水声信号进行时频特性分析，得到该工况下水轮机水声信号的功率谱密度随频率的变化趋势：

4、步骤三：按照水轮机水声信号频域的功率谱密度的分布趋势计算该工况下水轮机水声信号频域的总体能量；

5、步骤四：改变水轮机运行工况，重复步骤一至步骤三；

6、步骤五：依据各稳定工况下水轮机水声信号频域总体能量确定水轮机空化判定特征值；

7、步骤六：按照水轮机空化实时检测规则对水轮机是否发生空化进行检测；

8、步骤七：依据水轮机空化实时检测结果得到的水声信号频域总体能量计算水轮机空化程度。

9、进一步地，对水轮机水声信号进行时频特性分析，得到该工况下水轮机水声信号的功率谱密度随频率的变化趋势如下：

10、式中：：水轮机水声信号功率谱密度随频率的变化趋势；

11、：对水轮机水声信号进行时频分析获得的频率序列，；

12、：有理数序列；

13、：水轮机水声信号功率谱密度随对应频率的分布序列，；

14、进一步地，按照下式计算该工况下水轮机水声信号频域的总体能量：

15、在水轮机水声信号频率区间内，有，其中，，为水轮机水声信号功率谱密度计算频率分辨率，该工况下水轮机水声信号频域的总体能量为：

16、式中：：该工况下水轮机水声信号频域的总体能量。

17、进一步地，按下式确定水轮机空化判定特征值：

18、式中：：水轮机经历的第个稳定运行工况下的水轮机空化判定特征值；

19、：，为表征水轮机经历的所有稳定运行工况顺序的自然数序列；

20、：水轮机经历的第个稳定运行工况下的水声信号频域的总体能量；

21、：水轮机经历的所有稳定运行工况下水声信号频域的总体能量的最小值。

22、进一步地，水轮机发生空化与否按下式判定：

23、

24、式中：：系数，一般取。

25、进一步地，水轮机的空化程度按下式计算：

26、

27、式中：：空化程度系数；：空字符。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

29、本发明通过对比不同工况下水轮机水声信号基于功率谱密度的总体能量的不同分布规律，构建了一套基于通过与无空化状态水轮机水声信号的总体能量进行比较从而判定水轮机空化发生与否的空化判定体系。从原理上保证了水轮机空化发生判定的准确性。

30、本发明提出了一种通过分析实时采集的水轮机水声信号频域的总体能量来确定水轮机空化发生的方法并给出了具体的判据值。

31、本发明公开了一种利用水轮机水声信号频域总体能量来表征水轮机空化发生程度的方法。

技术特征：

1.一种水轮机空化程度表示方法，其特征在于：所述方法是通过如下步骤实现的：

2.根据权利要求1所述一种水轮机空化程度表示方法，其特征在于：所述步骤二对水轮机水声信号进行时频特性分析，得到该工况下水轮机水声信号的功率谱密度随频率的变化趋势如下：

3.根据权利要求1所述一种水轮机空化程度表示方法，其特征在于：所述步骤三按照下式计算该工况下水轮机水声信号频域的总体能量：

4.根据权利要求1所述一种水轮机空化程度表示方法，其特征在于：所述步骤五按下式确定水轮机空化判定特征值：

5.根据权利要求1所述一种水轮机空化程度表示方法，其特征在于，所述步骤六中水轮机发生空化与否按下式判定：

6.根据权利要求1所述一种水轮机空化程度的表示方法，其特征在于，所述步骤七中水轮机的空化程度按下式计算：

技术总结
本发明公开一种水轮机空化程度表示方法。本发明根据水轮机水声信号频域功率谱密度随频率的变化趋势，构建了水声信号频域总体能量的表达方式，建立了表述在空化现象发生的不同阶段水声信号总体能量变化的数学模型，并以未发生空化现象工况水轮机水声信号为比对基准，提出了量化表征水轮机空化程度的方法。

技术研发人员：郭一通,车承钧
受保护的技术使用者：哈尔滨钧安世通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16