[发明专利]基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法

权利要求书

1.一种基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采集水轮机原始的空化信号；

步骤S2:根据快速包络谱峭度计算最优带通滤波器；

步骤S3:根据原始的空化信号，采用最优带通滤波器进行带通滤波，获得冲击脉冲信号波形；

步骤S4:根据得到的冲击脉冲信号波形，采用数字包络解调求解冲击脉冲包络波形；

步骤S5:根据冲击脉冲包络波形，通过对包络信号的识别可以获得冲击脉冲的数量、每个冲击脉冲的时间宽度以及脉冲的幅值大小；

步骤S6:积分计算单位时间累计脉冲冲击能量和统计单位时间冲击脉冲密度；

步骤S7:根据单位时间累计脉冲冲击能量和统计单位时间冲击脉冲密度，得到水轮机空化状态的评价。

2.根据权利要求1所述的基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于，步骤S2具体为：

步骤S21：假定信号如下：

y(t)＝∫e^jωtH(t,ω)dx(ω) (1)

式中：H(t,ω)为被分析信号x(t)的时频复包络，采用快速傅里叶变换计算得到；

步骤S22:根据谱的阶矩定义，谱峭度表示如下：

式中：C_4y(ω)为信号y(t)的四阶谱累积量，S(ω)为谱瞬时矩；

步骤S23:采用快速谱峭度算法，计算每个频率带下的时域信号的峭度值，将最大的峭度值对应的频率带B(F_c,ΔB_w)作为最优的频率带，得到最优的带通滤波器。

3.根据权利要求2所述的基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于，所述快速谱峭度算法具体为：

步骤S231:设定初始滤波中心频率F_{i_c}和带通宽度ΔB_{i_w}；

步骤S232:采用按照“1/3-进二”方式逐步分层、分解调整中心频率和带宽度获得全部带通滤波器下的包络谱峭度,并进一步求得最优的B(F_c,ΔB_w)。

4.根据权利要求1所述的基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：

设空化声音信号的冲击包络波形函数为x_e(t)，假定第i个冲击脉冲从t＝t₀开始，t＝t₁结束，定义E_pi为该冲击脉冲的能量：

E_pi对应了包络波形函数x_e(t)在[t₀,t₁]之间的面积；E_pi的值不仅与脉冲的幅值有关系，而且与脉冲的总时间宽度有关系，脉冲的幅值越高，E_pi也越大；脉冲持续的时间越长，E_pi也越大；

设L_{p_T}为在给定时间t＝ΔT通过上述方法检测到的脉冲的总数量；E_pi为给定时间内第i个冲击脉冲的能量，则

E_p为单位时间内的空化冲击脉冲的累计冲击能量值；L_p单位时间内的空化冲击脉冲密度。

5.根据权利要求4所述的基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于：所述单位时间内的空化冲击脉冲的累计冲击能量值包括液体中发生的空泡溃灭空化单位时间的累计冲击能量E_{p_l}和叶片/尾水管壁表面中发生的空泡溃灭空化单位时间的累计冲击能量E_{p_m}；所述单位时间内的空化冲击脉冲密度包括液体中发生的空泡溃灭空化单位时间的冲击脉冲密度L_{p_l}和叶片/尾水管壁表面中发生的空泡溃灭空化单位时间的冲击脉冲密度L_{p_m}。

6.根据权利要求5所述的基于快速包络谱峭度的水轮机空化状态在线评价方法，其特征在于，所述对水轮机的空化 状态评价具体为：若E_{p_l}≥E_{p_l_max}且L_{p_l}≥L_{p_l_max}，则由于转轮液体中空泡空化状态报警；若E_{p_m}≥E_{p_m_max}且L_{p_m}≥L_{p_m_max}，则由于转轮叶片/尾水管表面空泡空化状态报警；

其中E_{p_l_max}为最大的能容忍的液体中发生的空泡溃灭空化在单位时间累计冲击能量，L_{p_l_max}为最大的能容忍的液体中发生的空泡溃灭空化单位时间冲击脉冲密度；E_{p_m_max}为最大的能容忍的叶片/尾水管壁表面发生的空泡溃灭空化在单位时间累计冲击能量，L_{p_m_max}为最大的能容忍的叶片/尾水管壁表面发生的空泡溃灭空化单位时间冲击脉冲密度。