基于聲學(xué)的水輪機狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、水輪機是水力發(fā)電機組中的關(guān)鍵設(shè)備，空化空蝕是水輪機運行過程中不可避免的一種破壞現(xiàn)象，是導(dǎo)致水輪機運行效率下降、結(jié)構(gòu)破壞以及使用壽命縮短的主要因素之一，會嚴(yán)重影響機組穩(wěn)定運行和效率，是水輪機檢修周期的一個決定性因素，其理論和試驗研究受到了極大的關(guān)注。水輪機空化空蝕的在線監(jiān)測分析技術(shù)研究，對實現(xiàn)水輪機狀態(tài)檢修具有重要的理論和應(yīng)用價值。 在綜合水輪機空化空蝕及其監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，對空化聲信號在可聞聽頻段以及超聲波頻段上的時序特性、頻譜

2、分布特性以及能量特性分別進行了較為詳盡的分析，歸納出了在時域、頻域上的一些典型特征值。并討論了空化聲信號與普通背景噪聲信號的特性區(qū)別，對實際的水輪機狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的研究以及監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)具有參考價值。 水輪機空化空蝕是微觀、瞬時、隨機、多相的復(fù)雜現(xiàn)象，不易被直接觀測，研究出合適的水輪機空化空蝕聲信號監(jiān)測技術(shù)和特征值提取技術(shù)是空蝕在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)成功的關(guān)鍵。水輪機空化空蝕產(chǎn)生的聲波頻帶寬，涵蓋可聞聽和超聲波頻段，且主要集中在高頻

3、部分。針對水輪機空化聲信號的這些特性，確定了振動法和超聲波法復(fù)合監(jiān)測空化空蝕的技術(shù)，并對其監(jiān)測的頻段范圍進行了界定。這種復(fù)合監(jiān)測方法避免了采用單一高頻振動或者超聲波監(jiān)測方法而導(dǎo)致的空化監(jiān)測信號頻帶窄而引起的空化空蝕分析誤差，進一步提高信號監(jiān)測靈敏度和監(jiān)測系統(tǒng)性價比，并增加系統(tǒng)的帶寬。 研究了水輪機空化空蝕聲信號的相關(guān)性分析技術(shù)、峰值因素分析以及功率譜密度分析等特征值提取技術(shù)。針對基于FFT技術(shù)的經(jīng)典頻譜估計的方差、偏差以及分辨率

4、相互制約的特性，采用基于最大熵譜分析的現(xiàn)代譜估計技術(shù)提取頻域的特征頻段以及特征值，給出了改進的最大熵譜估計的優(yōu)化算法，并對估計模型及其階次確定進行了較為深入的討論。采用經(jīng)典譜估計和現(xiàn)代最大熵譜估計相結(jié)合的方法以進一步提高譜估計的分辨率和分析的實時性。根據(jù)水輪機空化空蝕監(jiān)測的目的，給出了狀態(tài)信息特征值集合。基于上述成果，采用高速數(shù)據(jù)采集、存儲、數(shù)據(jù)通信以及現(xiàn)代信號分析與處理等技術(shù)，開發(fā)了“水輪機噪聲監(jiān)測與分析系統(tǒng)”。該系統(tǒng)已在某水電廠安裝