[发明专利]一种贯流式水轮机振动信号分离方法

说明书

本发明所采用的技术方案是，一种贯流式水轮机振动信号分离方法，具体为：采用激光测振仪对转轮的振动速度信号进行采集，得到振动速度信号采样后的时间序列x(t)，然后通过低通滤波器进行滤波得到滤波后的振动速度信号x₁(t)，再进行均值处理，得到处理后的振动速度信号x'₁(t)，然后进行白化处理、变分模态分解、降维处理得到新的信号u’(t)，然后将u’(t)进行独立分量分析，分离出信号u。本发明能够将空化所引起的振动信号与一般的振动信号快速而准确地分离。

技术领域

本发明属于水轮机技术领域，涉及一种贯流式水轮机振动信号分离方法。

背景技术

空化现象普遍存在于水力机械中，是造成水力机械效率和出力下降、机组振动、运行不稳定的重要原因之一。空化还可能会导致空蚀的发生，而且空泡溃灭会对机组部件表面产生破坏。空蚀在泥沙磨损的联合作用下其破坏更加强烈，严重影响机组的可靠运行和使用寿命。通常按空蚀发生的部位可将其分为叶型(翼型)空蚀、空腔空蚀、间隙空蚀、其他局部脱流引起的空蚀。在以上空蚀中，间隙空蚀可能会引起机件破坏，对水力机械的效率也有一定的影响，但最为常见且危害较大的是翼型空蚀和空腔空蚀，它们不仅会损坏水机部件，而且会使出力和效率下降，甚至引起机组的强烈振动和不稳定运行。贯流式水轮机是开发潮汐海洋能的关键水力机械设备，其安全稳定运行关系到潮汐能的高效开发利用。在贯流式水轮机中，由于水流通过转轮和转轮室之间的叶顶间隙时局部流速升高且压强降低，经常会发生间隙空化现象。因此，对空化的判定显得尤为重要，但是，空化发生时往往同时伴随着其他激振源(水力、机械及电气等)，如何从监测的信号源中快速而准确地分离出空化信号，特别是对空化初生的准确判别，依然是空化测试的难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种贯流式水轮机振动信号分离方法，能够将空化所引起的振动信号与一般的振动信号快速而准确地分离。

本发明所采用的技术方案是，一种贯流式水轮机振动信号分离方法，采用一种水轮机振动数据采集试验系统，包括依次连通的进水管、转轮室、尾水管，进水管内根据水流方向依次设置有灯泡体、导叶，导叶连接有转轮，转轮位于转轮室内，转轮室的外侧设置有激光测振仪，激光测振仪通过导线电连接有数据采集系统，数据采集系统连接有控制台，具体按照如下步骤实施：

步骤1，启动水轮机振动数据采集试验系统，水流依次经过进水管、灯泡体、导叶、转轮以及尾水管；

步骤2，采用激光测振仪对转轮的振动速度信号进行采集，并将测量数据通过数据采集系统发送到控制台，得到振动速度信号采样后的时间序列x(t)；

步骤3，将步骤2中采集到的振动速度信号x(t)通过低通滤波器进行滤波得到滤波后的振动速度信号x₁(t)；

步骤4，对滤波后的振动速度信号x₁(t)进行去均值处理，得到处理后的振动速度信号x₁'(t)；

步骤5，对步骤4中去均值处理后的振动速度信号x₁'(t)进行白化处理，得到白化处理后的信号z(t)；

步骤6，对白化处理后的信号为z(t)进行变分模态分解，得到分解后的信号u(t)；

步骤7，用主成分分析对分解后的信号u(t)进行降维处理，得到新的信号u’(t)；

步骤8，将u’(t)进行独立分量分析，分离出信号u。

本发明的特征还在于，

步骤4中x′₁(t)的计算方法为：

x′₁(t)＝x₁(t)-E(x₁(t)) (1)