[发明专利]一种模型水轮机流态观测的多机位主从触发式同步成像方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于混流式模型水轮机、混流式模型水泵水轮机等水力机械的流场流态观测的同步成像方法。

背景技术：

目前，模型水轮机同步流态观测大多采用的是单机位观测，观测区域或选择在模型转轮出口处，对模型转轮叶片出水边的背面空化或尾水管涡带现象进行观测；或选择在模型转轮进口处，对模型转轮叶片进水边的正、背面脱流或叶道涡现象进行观测，极少对模型转轮进、出口进行多机位同时观测，即使有时采用多机位观测，由于不同机位的成像设备均以各自触发信号触发频闪光源曝光成像，触发信号的触发沿没有统一的时钟，即便频率相同，但由于相位的差异导致在同一个触发周期内不同的频闪光源并非同时闪光，加之频闪光源为面光源，不同机位的频闪光源照射范围存在重叠区域，在重叠区域的光波相互干涉形成相干光，最终导致某些机位的成像在一个触发周期内二次曝光，采集到的图像重叠模糊，无法实现多机位同步成像的目的。

随着人们在水力机械设计能力以及认知水平方面的提高，以往对于影响水轮机运行稳定性的空化现象从前仅能通过测量效率的下降及压力脉动等参数进行间接分析其诱因及产生位置，在计算机技术飞速发展、自动化测试技术不断进步的今天，业内学者开始寻求对其中的某些空化现象进行直接观测、定性分析的方法，如在转轮叶片出口的观测到的某些空化现象由于空化源头直接延伸至叶道中部，无法从出口获取图像，因此无法准确判断空化现象产生的原因是由于翼型设计不合理还是叶片加工缺陷或是其他原因导致；低照度数字同步成像技术的成熟，使得对模型水轮机转轮相邻量叶片间的叶道内部流道的水力现象的观测成为可能，尤其是对于中高比转速的混流式模型水轮机，由于叶片曲率相对较小，采用多机位图像拼接式的成像观测，如机位选择得当，成像角度设置得当，甚至可以获得模型水轮机转轮叶道进口至出口的全流道流态图像，但是，各机位之间的频闪光源及成像设备缺乏统一的时序控制导致光线相互干涉、成像设备二次曝光而无法获取清晰有效的图像信息，因此，迫切需要一种由统一时序的控制方法来解决上述问题，从而为模型水轮机全流道流态观测及空化水力现象的定性分析，乃至由于空化引起的水轮机故障诊断分析提供有效的技术支持。

发明内容：本发明要解决的技术问题是在进行模型水轮机空化等试验过程中，提供一种由计算机程序控制的、高清晰度的、成像频率与模型水轮机转轮的转频同步、多机位同步触发的数字式流态观测方法。本发明的技术方案是：一种模型水轮机流态观测的多机位主从触发式同步成像方法，其特征是：

1)启动计算机系统；

2)调节模型水轮机使其达到欲观测的固定转速下的稳定工作状态；

3)利用计算机数据采集设备采集模型水轮机的转速信号，并计算当前模型水轮机的转频，具体方法如下：

假设当前模型水轮机的测速齿盘为N个齿，齿盘的每个齿转过转速传感器时，传感器产生一个脉冲信号，数据采集设备中的计数器对脉冲进行频率测量，通过数据采集设备中的内部时钟频率计算出齿盘的转动频率f_n，并换算出当模型水轮机的转速为n时，模型水轮机的转频f为：

其中 转速n的单位为rpm，即转/分钟，

f、f_n的单位为Hz，

旋转机械的同步对象是指同转速同步，即数字成像设备的图像采集频率同旋转机械的转动频率相同，因此，在进行同步成像前必须获得转速信息；

4)根据计算出的模型水轮机的转频，利用计算机程序生成主控相机触发信号，具体方法如下：