一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置及方法。混流式水轮机尾水管空化信号由传感器模块采集，经过放大器放大后，利用A/D转换器将放大后的原始混流式水轮机尾水管空化信号转换为空化声学数字信号，基于频谱分析设备中的专家知识库，分析来自A/D转换器转换的空化声学数字信号并进行状态判别，状态为正常或异常，状态判别结果通过输出单元输出，方法包括获取频域分布特性集合存入专家知识库、组装装置和信号传输。本发明专利技术能够监测可闻声段空化声学模拟信号和超声段空化声学模拟信号，更有效的监测混流式水轮机尾水管的空化特性，装置检修操作简便，可靠性强，拥有广泛的市场应用前景。的市场应用前景。的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及绿色可再生能源领域的一种空化声学监测装置及方法，尤其是一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置及方法。

技术介绍

[0002]发展清洁能源是世界各国实现经济增长、能源安全和能源绿色获取以及保护生态环境的重要举措。水电能源作为一种技术成熟的清洁能源，具有成本低、可循环、无污染、能量转换率高和运行灵活等特点，在绿色可再生能源领域占据着重要的比重。水轮机及辅机是重要的水电设备是水力发电行业必不可少的组成部分，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要设备，其技术发展与我国水电行业的发展规模相适应。
[0003]混流式水轮机因适宜于中高水头，水头一般从15m至310m，且机组运行稳定，结构紧凑，平均效率较高，立轴、卧轴式布置均可，为当今水电站(厂)广泛使用的一种机型。虽然围绕水轮机的状态在线监测与故障诊断，国内外也开展了一些研究，但是多集中在传统的振动诊断，具有一定的局限性：例如水轮机过流部件的裂纹、空化以及卡门涡，以常规振动方式(如摆度、振动位移、脉动等)进行测量往往难以捕捉到故障信号、实现对故障点进行直接监测。
[0004]混流式水轮机作为水电站的核心设备，在水电能源转换过程中将水流的重力势能转换为动能，进而带动发电机旋转产生电能，在电网系统中起到调峰、调相和事故备用的作用。同时，混流式水轮机的正常运行还能有效改善电能质量，缓解电网峰谷矛盾，提高电力系统安全稳定运行水平。虽然围绕水轮机的状态在线监测与故障诊断，国内外也开展了一些研究，但是多集中在传统的振动诊断，具有一定的局限性：例如水轮机过流部件的裂纹、空化以及卡门涡，以常规振动方式(如摆度、振动位移、脉动等)进行测量往往难以捕捉到故障信号、实现对故障点进行直接监测。
[0005]为了更好地对水轮机运行状态进行监测和评价，需要一种新的技术和方法。空化现象具有实时监测难度大，以现有的技术手段无法准确判定空化现象发生的特点，目前电站普遍采用的方法都是“计划检修”和“事后检验”，这两种办法均属后验性的方法，无法避免空化或者现象的发生，如刘家峡水电站活动导叶、顶盖和底环等处的止漏环、门滩电1号机和2号机的转轮体、叶片及转轮室等处也均出现了不同程度的空化空蚀现象。

技术实现思路

[0006]为了克服
技术介绍
中的不足，本专利技术提供了一种混流式水轮机尾水管空化的声学监测装置及方法，能够监测到该可闻声段空化声学模拟信号声音频率和超声段空化声学模拟信号声音频率，更有效的监测混流式水轮机尾水管的空化特性。
[0007]一、一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置：
[0008]主要由传感器模块、放大器、A/D转换器、频谱分析设备和输出单元组成；
[0009]传感器模块的输入端接收混流式水轮机尾水管空化信号，信号输出端通过放大器
与A/D转换器的信号输入端连接，A/D转换器的信号输出端通过频谱分析设备与输出单元连接。
[0010]所述的混流式水轮机尾水管空化信号为可闻声段空化声学模拟信号或超声段空化声学模拟信号；可闻声段空化声学模拟信号表示声音频率范围在20Hz～20kHz之间的声波，超声段空化声学模拟信号表示声音频率高于20kHz的声波。
[0011]所述的传感器模块包括空化声学信号传感器水听器、声发射传感器和超声波传感器；空化声学信号传感器水听器、声发射传感器和超声波传感器分别与放大器的信号输入端连接。
[0012]所述的频谱分析设备内设有混流式水轮机尾水管空化声学状态模式和专家知识库；混流式水轮机尾水管空化声学状态模式是指混流式水轮机尾水管空化信号的频域分布特性，专家知识库是指基于混流式水轮机尾水管空化模型试验获得的混流式水轮机尾水管空化信号的频域分布特性集合，频域分布特性集合为混流式水轮机尾水管故障运行时的集合。
[0013]所述空化声学信号传感器水听器的频率范围为0.1Hz～400kHz，最大工作静压力不宜超过300dB；
[0014]声发射传感器的频率范围为50～500kHz，中心频率不超过150kHz；
[0015]超声波传感器的频率范围为10kHz～800kHz，线性频率范围10kHz～500kHz。
[0016]所述空化声学信号传感器水听器、声发射传感器和超声波传感器安装在混流式水轮机尾水管直锥段靠近转轮出口处或尾水管检修入口门处。
[0017]所述频域分布特性集合的空化声波信号频段为0.25kHz～800kHz。
[0018]二、适用于上述装置的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测方法：
[0019]方法步骤如下：
[0020]步骤一：进行混流式水轮机尾水管空化模型试验，获得混流式水轮机尾水管故障运行时，0.25Hz～800kHz范围内的混流式水轮机尾水管空化信号的频域分布特性集合，将获得的频域分布特性集合存入频谱分析设备的专家知识库中；
[0021]步骤二：装置的组装
[0022]将传感器模块、放大器、A/D转换器、频谱分析设备和输出单元依次用数据传输线进行连接；
[0023]步骤三：信号的传输与输出
[0024]传感器模块中的水听器、声发射传感器和超声波传感器同时工作，采集由混流式水轮机尾水管产生的混流式水轮机尾水管空化信号；当混流式水轮机尾水管空化信号为可闻声段空化声学模拟信号时，由水听器进行采集，当混流式水轮机尾水管空化信号为超声段空化声学模拟信号时，根据声音频率由水听器、声发射传感器或超声波传感器进行采集；
[0025]传感器模块中采集到的可闻声段空化声学模拟信号和超声段空化声学模拟信号经放大器放大后，进入A/D转换器的电输入端，放大后的原始混流式水轮机尾水管空化信号通过A/D转换器转换为空化声学数字信号；空化声学数字信号传输至频谱分析设备，基于频谱分析设备中专家知识库中存储的混流式水轮机尾水管空化信号的频域分布特性集合，对转换后的空化声学数字信号进行状态判别，并输出状态判别信号，状态判别信号为正常状态信号或异常状态信号，若空化声学数字信号在频域分布特性集合中，则输出异常状态信
号，若空化声学数字信号不在频域分布特性集合中，则输出正常状态信号，状态判别信号进入输出单元，输出单元读取状态判别信号后输出状态结果。
[0026]空化现象具有实时监测难度大，以现有的技术手段无法准确判定空化现象发生的特点，目前水电站普遍采用的方法都是“计划检修”和“事后检验”，这两种办法均属后验性的方法，无法避免空化或者现象的发生。基于声学监测技术实现混流式水轮机尾水管典型故障(空化)的状态监测、辅助完成故障诊断，具有非接触、远距离、大范围、不影响设备正常工作等技术优势。
[0027]本实专利技术的有益效果：
[0028]1、基于声学监测技术集成开发的混流式水轮机空化声学监测装置，在实际使用中具有运行灵活、检修操作简便，可靠性强，无需单独聘用多个技术监测人员等优点，拥有广泛的市场应用前景。
[0029]2、混流式水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：主要由传感器模块(2)、放大器(3)、A/D转换器(4)、频谱分析设备(5)和输出单元(6)组成；传感器模块(2)的输入端接收混流式水轮机尾水管空化信号(1)，信号输出端通过放大器(3)与A/D转换器(4)的信号输入端连接，A/D转换器(4)的信号输出端通过频谱分析设备(5)与输出单元(6)连接。2.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：所述的混流式水轮机尾水管空化信号(1)为可闻声段空化声学模拟信号或超声段空化声学模拟信号；可闻声段空化声学模拟信号表示声音频率范围在20Hz～20kHz之间的声波，超声段空化声学模拟信号表示声音频率高于20kHz的声波。3.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：所述的传感器模块(2)包括空化声学信号传感器水听器(2.1)、声发射传感器(2.2)和超声波传感器(2.3)；空化声学信号传感器水听器(2.1)、声发射传感器(2.2)和超声波传感器(2.3)分别与放大器(3)的信号输入端连接。4.根据权利要求1所述的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：所述的频谱分析设备(5)内设有混流式水轮机尾水管空化声学状态模式和专家知识库；混流式水轮机尾水管空化声学状态模式是指混流式水轮机尾水管空化信号(1)的频域分布特性，专家知识库是指基于混流式水轮机尾水管空化模型试验获得的混流式水轮机尾水管空化信号(1)的频域分布特性集合，频域分布特性集合为混流式水轮机尾水管故障运行时的集合。5.根据权利要求3所述的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：所述空化声学信号传感器水听器(2.1)的频率范围为0.1Hz～400kHz，最大工作静压力不宜超过300dB；声发射传感器(2.2)的频率范围为50～500kHz，中心频率不超过150kHz；超声波传感器(2.3)的频率范围为10kHz～800kHz，线性频率范围10kHz～500kHz。6.根据权利要求3所述的一种混流式水轮机尾水管空化声学监测装置，其特征在于：所述空化声学信号传感器水听器(2.1)、声发射传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：马光飞，王达，方勇，冯新红，丁鹏，
申请(专利权)人：杭州市质量技术监督检测院，
类型：发明
国别省市：