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专利号: 2020111095782
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:采用一种水轮机试验系统,包括进水管,进水管内沿水流方向依次设有灯泡体和导叶,导叶连接有转轮,转轮位于转轮室内,转轮室的外侧设置有激光测振仪,进水管的流道表面设置有压力脉动传感器,激光测振仪和压力脉动传感器通过数据电缆连接数据采集卡,数据采集卡连接有控制台;

具体包括如下步骤:

步骤1,启动水轮机试验系统,水流依次经过进水管、灯泡体、导叶、转轮以及尾水管;

步骤2,采用激光测振仪对转轮的振动速度信号进行采集,同步地采用压力脉动传感器对进水管流道内所有测点的压力脉动信号进行采集,并将测量数据通过数据采集卡发送到控制台,得到振动速度信号和管压力脉动信号采样后的时间序列x(t)和y(t);

步骤3,将步骤2得到的振动速度信号x(t)和压力脉动信号y(t)采样后的时间序列进行截取,得到截取后的时间序列x1(t)和y1(t);

步骤4,使用低通滤波器对截取的原始振动速度信号x1(t)和原始压力脉动信号y1(t)进行滤波处理,得到滤波后的振动速度信号x2(t)和压力脉动信号y2(t)的时间序列;

步骤5,使用傅里叶变换将滤波后的振动速度信号x2(t)和压力脉动信号y2(t)的时间序列的时域信号转变为频率信号;

步骤6,使用特征分解重构方法对傅里叶变换后的振动速度信号和压力脉动信号进行分解及重构;

步骤7,使用互相关函数分析重构后的振动速度信号和压力脉动信号之间的相关性;

步骤8,通过振动速度信号和压力脉动信号之间的相关系数判断两者间相关性的强度。

2.根据权利要求1所述的一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:所述一种水轮机试验系统中,激光测振仪的测点与转轮室对应的位置处水平距离为L,且L的范围为0.5m<L<30m。

3.根据权利要求1所述的一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:所述步骤5中频率信号如下公式(1)、(2)所示:其中,X(k)表示振动速度的频域信号;Y(k)表示压力脉动的频域信号k=0,1,…,N-1,N为时间序列的长度,i为虚数单位;n为模型水轮机转轮的转速。

4.根据权利要求3所述的一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:所述步骤6的具体过程如下:步骤6.1,对傅里叶变换后的信号,构造Hankel矩阵X和Y;

步骤6.2,构造矩阵X的协方差矩阵A,并求解特征值数组ai及该数组对应的特征向量αi,i∈1,2,3,……,40;

步骤6.3,将特征值数组ai按数值从大到小重新排序为a1,a2,…,aj,…,an,j∈1,2,

3,……,40;选取排名前四的特征值a1,a2,a3,a4对应的特征向量α1,α2,α3,α4进行信号重构,重构公式如下式(3)所示:步骤6.4,将矩阵X重构后的信号记为

步骤6.5,构造矩阵Y的协方差矩阵B,并求解特征值数组bi及该数组对应的特征向量βi,i∈1,2,3,……,40;

步骤6.6,将特征值数组bi按数值从大到小重新排序为b1,b2,…,bj,…,bn,j∈1,2,

3,……,40;选取排名前四的特征值b1,b2,b3,b4对应的特征向量β1,β2,β3,β4进行信号重构,重构公式如下式(4)所示:步骤6.7,将矩阵Y重构后的信号记为

5.根据权利要求4所述的一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:所述步骤7的具体过程为:步骤7.1,计算信号序列 和 的去均值累积序列 和

其中, 和 表示信号序列 和 的均值,m表示时间度量;

步骤7.2,采用如下公式(7)计算信号序列 和 的协方差Cxy:步骤7.3,采用如下公式(8)、(9)分别计算信号序列 和 的均方差:步骤7.4,采用如下公式(10)计算信号序列 和 的互相关系数Rxy:其中,σx、σy分别表示 和 的均方差。

6.根据权利要求5所述的一种水轮机转轮振动与压力脉动的关联性测试分析方法,其特征在于:所述步骤8的具体过程为:当相关系数为0~±0.4为实相关;当相关系数为±0.4~±0.8时,表明振动速度信号和压力脉动信号之间为显著相关;当相关系数为±0.8~±1时,表明振动速度信号和压力脉动信号之间为高度相关。