【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置及试验方法，属于喷水推进泵试验。
技术介绍
1、空化是一种水力机械内常见现象，由于其运行工况的迁变，大量空泡在过流部件低压区形成，游移至高压区后迅速溃灭并形成高频冲击波，空化作为机组振动噪声、水力性能下降、过流部件空蚀等现象的主要原因，不仅涉及复杂的气、液相变过程，还包括大量的两相漩涡运动，因此空化对喷水推进泵的安全、稳定运行极其不利，空化状态识别已成为喷水推进泵设计、工程应用中面临的重要问题之一。声发射(acoustic emission，ae)技术是一种无损、快速检测方式，具有高频响应迅速、低频抗干扰能力强等优点，将声发射传感器布置于各类机械壳体表面，捕捉机械内部故障诱导壳体原子晶格错位变形释放的应变能量，从而实现对非可视化故障的识别与定位目的。
2、声发射监测技术研究开始于上世纪五十年代，学界对声发射技术在水力机械故障中的探索与实践起步较晚，尤其在喷水推进泵空化状态识别中的应用极少。为向应用于喷水推进泵空化状态识别的声发射技术提供试验研究条件，需要设计一种既能即时观察泵内空化状态，又能同步开展多源声发射信号采集的试验装置及方法，从而获得喷水推进泵空化演变过程中声发射信号的变化规律，最终为建立与验证基于声发射技术的空化状态识别方法提供一种可行且有效的试验体系。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是现有的声发射技术在水力机械故障中的探索与实践起步较晚，尤其在喷水推进泵空化状态识别中的应用极少
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置及试验方法，为研究基于声发射的喷水推进泵空化性能预报、空化状态识别与空蚀预防技术提供了试验手段。
3、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
4、第一方面，本专利技术提供了一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，包括柱状有机玻璃壳体，所述有机玻璃壳体一端开设有叶轮段圆内孔，有机玻璃壳体背离所述叶轮段内孔的一端开设有导叶体段圆内孔，所述叶轮段内孔与所述导叶壳体段内孔同轴设置且相互连通；
5、所述有机玻璃壳体的导叶体段圆内孔处可拆卸设置有导叶壳体，所述导叶壳体内转动设置有叶轮，所述叶轮位于所述叶轮段圆内孔内；
6、所述有机玻璃壳体位于所述叶轮段圆内孔一侧的外壁上设置有导波杆组。
7、优选的，所述有机玻璃壳体为正六边形柱状壳体，所述有机玻璃壳体外边长为所述叶轮段圆内孔内径的0.5倍。
8、优选的，所述导波杆组包括叶轮进口导波杆、叶轮中部导波杆、及叶轮出口导波杆，所述叶轮进口导波杆、叶轮中部导波杆、及叶轮出口导波杆均螺纹连接在所述有机玻璃壳体外壁上且沿所述叶轮段圆内孔轴向间隔均匀设置。
9、进一步的，所述叶轮进口导波杆、叶轮中部导波杆、及叶轮出口导波杆均由圆柱形顶部及圆柱形底部组成，所述圆柱形顶部直径为ф20、高度为30mm，圆柱形底部为m16螺柱、高度为所述有机玻璃壳体最薄处厚度的1.5倍。
10、更进一步的，所述有机玻璃壳体位于所述叶轮段圆内孔轴线垂直上方的外壁上开设有与所述叶轮进口导波杆、叶轮中部导波杆及叶轮出口导波杆相适配的螺纹孔，所述螺纹孔与叶轮段圆内孔连通且分设在叶轮进口、中部及出口处。
11、优选的，所述有机玻璃壳体位于所述导叶体段圆内孔一端的外壁上开设有多个定位螺孔，多个所述定位螺孔绕所述导叶体段圆内孔圆周方向间隔均匀设置，所述导叶壳体上开设有多个与所述定位螺孔相适配的固定孔，所述定位螺孔及固定孔内螺纹连接有定位螺钉。
12、进一步的，所述定位螺孔的轴向位置为所述导叶壳体每个叶片弦长的1/3处，所述定位螺孔直径为所述导叶壳体叶片最大厚度的1/2。
13、优选的，所述导叶壳体内同轴设置有滑动轴承，所述叶轮朝向所述导叶壳体的一侧同轴设置有主轴，所述主轴同轴穿设所述滑动轴承及导叶壳体。
14、优选的，所述叶轮段内孔内径为所述叶轮外径的1.0008～1.0015倍，所述导叶体段圆内孔内径贴合所述导叶壳体外径并光滑过度。
15、优选的，所述有机玻璃壳体开设有所述叶轮段圆内孔的一端端面上设置有前导流帽。
16、第二方面，本专利技术还提供了一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验方法，包括如下步骤：
17、声发射传感器安装；
18、空化声发射信号采集；
19、特征参数提取；
20、获得喷水推进泵各空化状态量化特征。
21、优选的，所述声发射传感器安装包括通过3#真空脂将声发射传感器信号接收面与导波杆顶部粘接。
22、优选的，所述空化声发射信号采集方法包括将采集频率设定为1mhz，分析阈值设定为喷水推进泵常压下环境声发射信号最大幅值基础上增加7db。
23、优选的，所述特征参数提取方法包括：声发射信号的振铃计数率和释能率提取方法，所述振铃计数率提取方法为计算单位时间内声发射信号超过分析阈值的个数，所述释能率提取方法为计算单位时间内声发射信号的均方根值。
24、本专利技术提供的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置及试验方法，存在以下优点：
25、1.本专利技术的有机玻璃壳体增加了泵内轴向可视化程度63.1％，且相对外四边形壳体减重8.9％；当声发射传感器布置于本专利技术导波杆顶部时，采集得到的信号信噪比相较直接安装于有机玻璃壳体表面提高了12.4％；空化识别过程中使用本专利技术内的振铃计数率与释能率2种声发射信号特征参数，相较事件总数、上升时间等过程参数准确率提升5.6％。
26、2.本专利技术为基于声发射的喷水推进泵空化状态识别技术，提供了可通过泵内实际空化现象验证研究结果的试验装置与方法，为提升声发射空化识别与监测准确度提供了基础试验条件，为研究基于声发射的喷水推进泵空化性能预报、空化状态识别与空蚀预防技术提供了试验手段。
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1.一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，包括柱状有机玻璃壳体(1)，所述有机玻璃壳体(1)一端开设有叶轮(3)段圆内孔，有机玻璃壳体(1)背离所述叶轮(3)段内孔的一端开设有导叶体段圆内孔(5)，所述叶轮(3)段内孔与所述导叶壳体(2)段内孔同轴设置且相互连通；
2.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)为正六边形柱状壳体，所述有机玻璃壳体(1)外边长为所述叶轮(3)段圆内孔内径的0.5倍。
3.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述导波杆组(6)包括叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆、及叶轮(3)出口导波杆，所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆、及叶轮(3)出口导波杆均螺纹连接在所述有机玻璃壳体(1)外壁上且沿所述叶轮(3)段圆内孔轴向间隔均匀设置。
4.如权利要求3所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆
5.如权利要求4所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)位于所述叶轮(3)段圆内孔轴线垂直上方的外壁上开设有与所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆及叶轮(3)出口导波杆相适配的螺纹孔(12)，所述螺纹孔(12)与叶轮(3)段圆内孔连通且分设在叶轮(3)进口、中部及出口处。
6.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)位于所述导叶体段圆内孔(5)一端的外壁上开设有多个定位螺孔(7)，多个所述定位螺孔(7)绕所述导叶体段圆内孔(5)圆周方向间隔均匀设置，所述导叶壳体(2)上开设有多个与所述定位螺孔(7)相适配的固定孔(8)，所述定位螺孔(7)及固定孔(8)内螺纹连接有定位螺钉(9)。
7.如权利要求6所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述定位螺孔(7)的轴向位置为所述导叶壳体(2)每个叶片弦长的1/3处，所述定位螺孔(7)直径为所述导叶壳体(2)叶片最大厚度的1/2。
8.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述导叶壳体(2)内同轴设置有滑动轴承(10)，所述叶轮(3)朝向所述导叶壳体(2)的一侧同轴设置有主轴(11)，所述主轴(11)同轴穿设所述滑动轴承(10)及导叶壳体(2)。
9.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述叶轮(3)段内孔内径为所述叶轮(3)外径的1.0008～1.0015倍，所述导叶体段圆内孔(5)内径贴合所述导叶壳体(2)外径并光滑过度。
10.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)开设有所述叶轮(3)段圆内孔的一端端面上设置有前导流帽(13)。
11.一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验方法，其特征在于，应用权利要求1至10中任一项所述的适用于带自由液面循环水槽的全向式喷水推进器推力测量装置，包括如下步骤：
12.如权利要求11所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验方法，其特征在于，所述声发射传感器安装包括通过3#真空脂将声发射传感器信号接收面与导波杆顶部粘接。
13.如权利要求11所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验方法，其特征在于，所述空化声发射信号采集方法包括将采集频率设定为1MHz，分析阈值设定为喷水推进泵常压下环境声发射信号最大幅值基础上增加7dB。
14.如权利要求11所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验方法，其特征在于，所述特征参数提取方法包括：声发射信号的振铃计数率和释能率提取方法，所述振铃计数率提取方法为计算单位时间内声发射信号超过分析阈值的个数，所述释能率提取方法为计算单位时间内声发射信号的均方根值。
...【技术特征摘要】
1.一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，包括柱状有机玻璃壳体(1)，所述有机玻璃壳体(1)一端开设有叶轮(3)段圆内孔，有机玻璃壳体(1)背离所述叶轮(3)段内孔的一端开设有导叶体段圆内孔(5)，所述叶轮(3)段内孔与所述导叶壳体(2)段内孔同轴设置且相互连通；
2.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)为正六边形柱状壳体，所述有机玻璃壳体(1)外边长为所述叶轮(3)段圆内孔内径的0.5倍。
3.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述导波杆组(6)包括叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆、及叶轮(3)出口导波杆，所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆、及叶轮(3)出口导波杆均螺纹连接在所述有机玻璃壳体(1)外壁上且沿所述叶轮(3)段圆内孔轴向间隔均匀设置。
4.如权利要求3所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆、及叶轮(3)出口导波杆均由圆柱形顶部及圆柱形底部组成，所述圆柱形顶部直径为ф20、高度为30mm，圆柱形底部为m16螺柱、高度为所述有机玻璃壳体(1)最薄处厚度的1.5倍。
5.如权利要求4所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)位于所述叶轮(3)段圆内孔轴线垂直上方的外壁上开设有与所述叶轮(3)进口导波杆、叶轮(3)中部导波杆及叶轮(3)出口导波杆相适配的螺纹孔(12)，所述螺纹孔(12)与叶轮(3)段圆内孔连通且分设在叶轮(3)进口、中部及出口处。
6.如权利要求1所述的一种用于喷水推进泵空化可视化及状态识别的声发射试验装置，其特征在于，所述有机玻璃壳体(1)位于所述导叶体段圆内孔(5)一端的外壁上开设有多个定位螺孔(7)，多个所述定位螺孔(7)绕所述导叶体段圆内孔(5)圆周方向间隔均匀设置，所述导叶壳体(2)上开设有多个与所述定位螺孔(7)相适配的固定孔(8)，所述定位螺孔(7)及固定孔(8)内螺纹...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯超，陶金，徐宝居，杨孟子，朱华伦，乐燕，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七○八研究所，
类型：发明
国别省市：
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