水轮机空化监测与分析系统的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型涉及一种电力系统设备监测，即水轮机空化监测与分析系统。一种水轮机空化监测与分析系统，包括：现地测量层：由振动加速度传感器和声发射传感器组成。采用振动加速度传感器拾取4－20kHz空化信号，采用声发射传感器拾取20－200kHz空化信号。传感器安装在最易发生空化空蚀的水轮机水车室内的导叶连杆拐臂套筒、支持盖或尾水管检修门区域。信号预处理层：包括放大器、隔离器、空化数据采集器。数据处理及分析层：包括计算机。采用振动加速度和声发射传感器探测水轮机空化发生时产生的声信号，选取水轮机导叶拐臂、下环和尾水管三个空化测量较好的位置进行检测，灵敏度高。
【专利说明】水轮机空化监测与分析系统
[0001]【技术领域】
[0002]本实用新型涉及一种电力系统设备监测，即水轮机空化监测与分析系统。
【背景技术】
[0003]在现有技术中，水轮机是水力发电机组中的关键设备。当水轮机发生空化时，会产生数量不等的气泡，气泡随着水流运动到高压区时会溃灭，同时产生高频脉冲波，辐射空化噪声，引起介质压力脉动，并诱发机械结构振动。空化空蚀是水轮机运行过程中不可避免的一种破坏现象，是导致水轮机运行效率下降、结构破坏以及使用寿命缩短的主要因素之一，尤其在泥沙磨损的联合作用下，其破坏更加强烈，会严重影响机组稳定运行和效率，是水轮机检修周期的一个决定性因素。空化监测的研究已成为当前水电机组状态监测领域的难点与热点问题之一，受到了业内学者的极大关注。
[0004]水轮机中的空化型态有游移型空化、固定型空化和漩涡型空化。通常按空化发生的部位将其分为以下四类:(I)叶型(翼型)空蚀。(2)空腔空蚀。(3)间隙空蚀。(4)其他局部脱流引起的空蚀。以上四种空蚀，间隙空蚀可能会引起机件破坏，对水轮机效率也有一定的影响，但最为常见且危害较大的是翼型空蚀和空腔空蚀，它们不仅会损坏水轮机部件，而且会使水轮机出力和效率下降，甚至引起机组的强烈振动和不稳定运行。一般而言，混流式水轮机的空化空蚀主要是翼型空化空蚀，而间隙和局部空化空蚀是次要的；而转桨式水轮机以间隙空化较多。
[0005]从以往的研究来看，目前的水轮机空化空蚀监测系统中，振动加速度传感器以及超声波传感器是两大主流传感器。但在应用时还存在一些不足，主要表现在监测手段单一以及测试系统的频段不够宽。以往研究中往往采用单一类型的传感器监测空化，这种监测模式无法满足其宽频特性的。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是针对上述不足而提供一种利于水轮机状态检修的水轮机空化监测与分析系统。
[0007]本实用新型的技术解决方案是:一种水轮机空化监测与分析系统，包括:
[0008]现地测量层:由振动加速度传感器和声发射传感器组成。采用振动加速度传感器拾取4 一 20kHz空化信号，采用声发射传感器拾取20 - 200kHz空化信号。传感器安装在最易发生空化空蚀的水轮机水车室内的导叶连杆拐臂套筒、支持盖或尾水管检修门区域。
[0009]信号预处理层:包括放大器、隔离器、空化数据采集器。
[0010]数据处理及分析层:包括计算机。
[0011]各层之间通过信号线连接。系统采用高屏蔽性的双绞线传送信号。
[0012]空化信号的监测就是测量空泡溃灭时产生的高频脉冲波、微射流及由此导致的高频噪声信号、介质的压力脉动和机械的结构振动，从测量的信号中提取表征空化的特征值，并建立空化特征值与空化强度的对应关系，通过监测测量信号中各特征值的变化来判断空化的发生和发展，从而达到监测空化的目的。
[0013]超声波法:超声波法是利用水轮机空化过程中所伴随产生的声学方面的一些特征，将空化现象与这些声学特征联系起来，探明他们之间的内在联系的一种方法。用此方法测量空化特性，主要是测量与计算表征声学方面特征的参数，最主要的是声强这个参数。超声波传感器使用压电换能器，具有较宽的频率响应特性，定向性能好，受背景噪声干扰少，在一定的频段范围内能将声能线性转换成电压信号，比较适合监测空化空蚀信号的高频分量。在监测水轮机更高频段的空化空蚀声信号，尤其是监测空化初生的声信号，超声波传感器更为可靠。
[0014]振动测试法:水轮机发生空化时，不仅会使机组运行噪声增强，还会引起机组的振动，因此，测试机组高频振动也是水轮机空化测试的最重要方法之一。空泡溃灭的瞬间会辐射冲量很大的高频机械振荡冲击力，这种声波属于脉冲性的，因此，一定程度上采用振动加速度计测量冲击力产生的加速度更为合适。通过加速度传感器拾取空化振动信号，再由数据采集系统采集到计算机进行分析处理，分别提取时域、频域的特征信号，再根据这些特征值的属性，可判断水轮机的空化空蚀的发生、发展以及严重程度，一定程度上还可预估空蚀的程度。由于振动加速度是通过水轮机机构传递的，因此，通过振动加速度传感器测试的信号基本上可以反映水轮机的空化的真实情况，总的趋势是空化空蚀越严重，所测得的振动加速度值越大。由于振动加速度传感器的感应频率范围与其灵敏度是一对矛盾，往往限制了其在更高频段的空化空蚀信号测试的应用，因此，目前振动加速度传感器一般用于水轮机的空化空蚀低频段信号的测试，尤其是在可闻听频段的空化测试。在水轮机空化空蚀实际测试现场，可将振动加速度传感器直接安装水车室的导叶拐臂套筒、支持盖或者下水导等处，但此处监测的信号由于受环境因素的影响以及传播损耗，其信号的可用性和可信性必然受到影响，需要后续信号处理提取空化的真实信号。
[0015]主要功能:1、信号采样、记录和回放。2、空化状态在线监视，了解机组空化性能，监测空化性能的变化。3、分析空化随着负荷的变化。4、分析空化随着时间的变化曲线。
[0016]本实用新型的优点是:1、本装置采用了基于振动和声发射多维融合的空化监测技术，综合了振动加速度和声发射传感器的优势，采用振动加速度和声发射传感器探测水轮机空化发生时产生的声信号，包括可闻声信号和超声波声信号。开发的水轮机空化监测与分析系统适用于水轮机空化状态的长期在线实时监测，通过真机不同负荷下的空化噪声图谱分析，为真机运行识别空化发生提供样本；根据水轮机空化声信号频谱及空化声信号强度随着空化程度的变化特性区分故障类型和评估空化故障程度；根据多点易发生空化空蚀的区域空化信号强度分析判定故障发生区域；并对机组长期运行提供空化状态趋势评估，为真机空化状态的合理评价提供依据。2、选取水轮机导叶拐臂、下环和尾水管三个空化测量较好的位置进行检测，灵敏度高。
[0017]下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型组成示意图。
[0019]【具体实施方式】
[0020]参见图1，水轮机空化监测与分析系统由现地测量层、信号预处理层和数据处理及分析层三部分组成。
[0021]现地测量层:由振动加速度传感器和声发射传感器组成。
[0022]信号预处理层:包括放大器、隔离器、空化数据采集器。
[0023]数据处理及分析层:包括计算机。
[0024]各层之间通过信号线连接。
[0025]采用振动加速度传感器拾取4 - 20kHz空化信号，采用声发射传感器拾取20 —200kHz空化信号。
[0026]现地测量层:由振动加速度和声发射传感器组成。可精确拾取空化发生时4-20kHz可闻声信号和50-200kHz超声信号。声发射传感器由于其监测频谱极宽，定向性好、穿透能力强，满足空化声信号的超高频段的测试要求，尤其是对初生空化的监测，其具有不可替代的优势。由于水轮机空化信号频率较宽，既有超声频段也有可闻频段，且在可闻频段的相当高频部位，振动加速度传感器非常适合监测空化的可闻频段声信号。
[0027]信号预处理层:由放大、保持、接线端子、传输、隔离模块、模/数转换、及相关外设组成。完成信号放大、采集、模/数转换、初步处理及数据上传等功能。
[0028]数据处理及分析层:由工业平板电脑及软件组成。处理及存贮数据、分析空化状态并生成各种图表。
[0029]1、传 感器选型:采用振动加速度进行水轮机空化在线监测，加速度计抗干扰能力强，安装方便，对高频空化信号的频率响应特性好；而为了对空化过程中辐射出的超声波信号进行监测，可采用声发射传感器，该传感器监测频带较宽，几十kHz~几百kHz，这个频段很难由机械振动等低频声源产生，可以说是主要由空化产生的，避免了背景噪声的干扰。本项目选择了振动加速度和声发射两类传感器进行空化在线监测装置。
[0030]在综合考虑传感器的频率范围以及可靠性的情况下，项目选用了美国物理声学公司高品质进口传感器，以保证拾取的空化声信号的准确性，传感器主要参数如下。
[0031]
【权利要求】
1.一种水轮机空化监测与分析系统，其特征在于包括: 现地测量层:由振动加速度传感器和声发射传感器组成； 信号预处理层:包括放大器、隔离器、空化数据采集器； 数据处理及分析层:包括计算机； 各层之间通过信号线连接。
2.按照权利要求1所述的水轮机空化监测与分析系统，其特征在于振动加速度传感器拾取4 一 20kHz空化信号；声发射传感器拾取20 - 200kHz空化信号。
【文档编号】G01M99/00GK203629869SQ201320844845
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】潘罗平, 张建军, 桂中华, 周叶, 宁淑贤, 牟岩波, 王一平 申请人:太平湾发电厂, 北京中水科水电科技开发有限公司