[发明专利]确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法

权利要求书

1.一种确定模型水轮机转轮间隙空化的声学方法，其特征是：

1）启动模型水轮机试验系统；

2）调整模型水轮机运行工况，使模型水轮机转轮间隙处于未空化状态；

3）保持模型水轮机运行工况稳定，对水声信号进行采集；

4）建立模型水轮机水声信号截取后的时间序列：

x(n)＝s(n)W(n)

式中：

x(n)为模型水轮机水声信号截取后的时间序列；

s(n)为模型水轮机水声信号采样后的时间序列；

W(n)为窗函数；

5）计算模型水轮机水声信号的频谱：

Sxx=2ΔtN|X*(k)X(k)|]]>

式中：

S_xx为模型水轮机水声信号的功率谱；

Δt为模型水轮机水声信号的采样时间间隔；

N为模型水轮机水声信号的采样数；

X(k)为对x(n)进行傅立叶变换后的频谱函数，

WNkn=e-j2πkn/N;]]>

k＝0,1,2,3,4,…，N；

X^*(k)为X(k)的共轭频谱函数，

6）利用一次分段函数来表示水声功率谱中低频能量与高频能量的分布趋势，具体方法如下：

在水轮机水声信号的功率谱中，能量的变化趋势是连续的，且低频区域呈现出随着水声频率的升高能量值陡降的趋势，而在高频区域能量值随着水声频率的升高而降低的幅度则要小得多，低频区域与高频区域之间存在着一个明显的交界点，将水轮机水声信号的功率谱中高低频区域能量随水声频率的变化趋势采用最小二乘法拟合的一次分段函数来拟合，则该一次分段函数可表示为：

y‾=k0x+b0,x≤xmk1x+b1,x>xm]]>

式中：

是一次分段函数;

x_m是一次分段函数的交点;

k₀、k₁是一次分段函数中一次项的系数；

b₀、b₁是一次分段函数中常数项；

7）采集不同空化系数下的水声信号;

逐步降低模型水轮机的空化系数，在不同的空化系数下重复步骤3）至步骤6），直至模型水轮机转轮间隙出现明显的空化现象；

8）确定模型水轮机转轮间隙空化：

模型水轮机转轮间隙发生空化前，一次分段函数中的b₁随着空化系数的减小呈现出单调上升的趋势；空化发生后，则呈现出随着空化系数的减小，b₁单调下降的规律性;而一次分段函数中的b₁最大值处所对应的空化系数即为模型水轮机转轮间隙空化初始发生时的空化系数,具体判定方法如下:

假定改变空化系数m次，空化系数及其对应的一次分段函数中的b₁按空化系数由小到大的顺序分别记为(σ₁,(b₁)₁)，(σ₂,(b₁)₂)，…，(σ_m,(b₁)_m)，其中σ为空化系数，对相邻空化系数所对应的b₁值进行求差运算：

d_i＝(b₁)_i+1-(b₁)_i，i＝2,3,…，m

式中：

d_i是相邻空化系数所对应的b₁值之差;

当d_i<0时，表明没有发生模型水轮机转轮间隙空化；

当首次出现d_i>0时，则点(σ_i，(b₁)_i)即为发生模型水轮机转轮间隙空化的位置;

9）关闭模型水轮机试验系统。