專利名稱：采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法。

背景技術(shù)：
隨著對(duì)水輪機(jī)內(nèi)特性研究的進(jìn)一步深入及用戶對(duì)水輪機(jī)穩(wěn)定性要求的逐步提高，保證水輪機(jī)特別是巨型水輪機(jī)在無空化狀態(tài)下安全穩(wěn)定運(yùn)行已成為考核機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
鑒于在目前的技術(shù)水平下，根本無法在現(xiàn)場(chǎng)確定水輪機(jī)的空化現(xiàn)象何時(shí)發(fā)生，業(yè)界目前普遍采用的方法是在與原型機(jī)相似的模型水輪機(jī)上觀察空化現(xiàn)象來推測(cè)原型機(jī)的空化特性。在模型水輪機(jī)上確定空化的常規(guī)方法是利用水輪機(jī)效率的變化量來確定空化的發(fā)生，該種方法可以依靠測(cè)量數(shù)據(jù)來評(píng)定空化現(xiàn)象的發(fā)生程度。然而以該方法確定模型水輪機(jī)空化發(fā)生時(shí)，水輪機(jī)已經(jīng)發(fā)生空化且空化程度已經(jīng)劇烈到足以影響水輪機(jī)的效率。而模型水輪機(jī)上剛剛有空化現(xiàn)象發(fā)生，即剛剛有附著氣泡產(chǎn)生的狀態(tài)，才是確定水輪機(jī)空化發(fā)生與否的基本判據(jù)。該狀態(tài)被定義為空化初生狀態(tài)。目前，空化初生現(xiàn)象只能依靠目測(cè)來確定。由于沒有一個(gè)統(tǒng)一的可以量化的標(biāo)準(zhǔn)，致使模型水輪機(jī)空化初生的確定隨著觀測(cè)者及觀測(cè)位置的不同而產(chǎn)生很大的差異，從而影響到水輪機(jī)空化的確定。因此迫切需要一種可以完全利用測(cè)量數(shù)據(jù)來判定空化初生何時(shí)發(fā)生的方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在進(jìn)行空化試驗(yàn)過程中，在時(shí)域內(nèi)提供一種能夠采用計(jì)算機(jī)程序快速準(zhǔn)確地確定發(fā)生空化初生時(shí)的空化系數(shù)的判定方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法具體步驟如下 1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 2)使模型水輪機(jī)處于未空化狀態(tài)； 3)保持模型水輪機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定，對(duì)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)進(jìn)行采集； 其中 xi水聲信號(hào) n采樣數(shù) 4)計(jì)算水輪機(jī)水聲信號(hào)的平均值x及標(biāo)準(zhǔn)差s(x)，具體方法如下 被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值x按下式計(jì)算 式中 x首被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值 標(biāo)準(zhǔn)差s(x)按貝塞爾公式計(jì)算 式中 s(x)標(biāo)準(zhǔn)差 Vi殘差，即測(cè)量值與算數(shù)平均值之差。Vi＝xi-x，(i＝1，2，…，n) 5)按照給定的置信概率構(gòu)造新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n) 根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)與誤差理論，設(shè)定一定的置信區(qū)間，凡超出置信區(qū)間的測(cè)量信號(hào)即被認(rèn)為是含有大誤差的干擾信號(hào)，由于水聲信號(hào)服從正態(tài)分布，故取置信概率為99％，則置信區(qū)間為(x-2.576s，x+2.576s)。其中s為標(biāo)準(zhǔn)差。即，若|Vi|＞2.576s，則該測(cè)量值xi為含有大誤差的干擾信號(hào)，以平均值x替代； 依此構(gòu)造出新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n) 6)計(jì)算信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值 信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p為 xp-p＝max{x′i}-min{x′i} 式中 xp-p信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值 max{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最大值 min{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最小值 7)確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)生空化初生時(shí)的空化系數(shù) 在發(fā)生空化前，隨著空化系數(shù)的減小，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p呈現(xiàn)出單調(diào)上升的趨勢(shì)，至空化初生發(fā)生位置點(diǎn)1處達(dá)到局部最大值，隨著空化程度的進(jìn)一步加深，即空化系數(shù)的進(jìn)一步減小，峰峰值xp-p呈現(xiàn)出了先隨著空化系數(shù)的減小而減小，而后急劇增大的趨勢(shì)，在空化初生點(diǎn)附近，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p隨空化系數(shù)的變化曲線出現(xiàn)了局部最大值，且該鄰域U(σi)內(nèi)xp-p最大值所對(duì)應(yīng)的位置即為發(fā)生空化初生的位置。具體判定方法如下 假定改變空化系數(shù)m次，空化系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p按空化系數(shù)由小到大的順序分別記為對(duì)相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值進(jìn)行求差運(yùn)算 i＝1，2，…，m-1 式中 di相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值之差 當(dāng)di＜0且di-1＞0時(shí)，點(diǎn)

即為模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生發(fā)生的位置。
水聲信號(hào)峰峰值隨空化系數(shù)的變化趨勢(shì)以發(fā)生空化初生的點(diǎn)1為界，呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。當(dāng)沒有發(fā)生空化，即空化系數(shù)大于點(diǎn)1所對(duì)應(yīng)的值時(shí)，水聲信號(hào)峰峰值呈現(xiàn)隨空化系數(shù)的減小而單調(diào)上升的趨勢(shì)；當(dāng)模型水輪機(jī)已發(fā)生空化，即空化系數(shù)小于點(diǎn)1所對(duì)應(yīng)的值時(shí)，水聲信號(hào)峰峰值呈現(xiàn)出了先隨著空化系數(shù)的減小而減小，而后急劇增大的趨勢(shì)。利用發(fā)生空化初生處(點(diǎn)1處)的水聲信號(hào)峰峰值在其周圍區(qū)域呈現(xiàn)出局部最大值的特性，可以非常準(zhǔn)確地確定空化初生的發(fā)生位置。
發(fā)生空化初生的位置，就是水聲信號(hào)峰峰值的最大值出現(xiàn)的位置。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生的流程圖，它通過安裝在模型水輪機(jī)上的傳感器，對(duì)水聲信號(hào)進(jìn)行采集并傳送給計(jì)算機(jī)，并實(shí)時(shí)對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行分析。采用了如下步驟 1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)； 2)模型水輪機(jī)處于未空化狀態(tài)； 3)保持空化系數(shù)不變，采集信號(hào)樣本xi(i＝1，2，…，n)； 4)計(jì)算信號(hào)的平均值x及標(biāo)準(zhǔn)差s(x)； 5)按照給定的置信概率構(gòu)造新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n) 按照置信區(qū)間判斷信號(hào)xi是否位于置信區(qū)間內(nèi)。如果測(cè)量值xi不位于置信區(qū)間內(nèi)，則該信號(hào)以平均值x代替，由此產(chǎn)生新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)； 6)計(jì)算信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值； 7)連續(xù)改變水輪機(jī)的空化系數(shù)直至發(fā)生嚴(yán)重空化，在每一個(gè)空化系數(shù)下重復(fù)步驟3)、4)、5)、6)； 8)建立信號(hào)峰峰值隨空化系數(shù)變化的曲線并依此確定空化初生的位置。
本發(fā)明首次提出了利用水聲信號(hào)的時(shí)域分析方法進(jìn)行空化初生判定的方法。在判定空化初生的研究領(lǐng)域，本發(fā)明首次提出了水聲信號(hào)時(shí)域中峰峰值，即信號(hào)最大值與最小值之差，隨空化系數(shù)的變化趨勢(shì)可以用來判斷空化狀態(tài)的方法，并提出了實(shí)時(shí)剔除含有大誤差的干擾信號(hào)的算法。通過在不同類型模型水輪機(jī)上的反復(fù)試驗(yàn)研究，首先發(fā)現(xiàn)了適用于所有類型水輪機(jī)的用以判定空化初生的信號(hào)峰峰值隨空化系數(shù)的如圖1所示的變化趨勢(shì)。利用圖1中反映出的發(fā)生空化初生處(點(diǎn)1處)的水聲信號(hào)峰峰值在其周圍區(qū)域呈現(xiàn)出局部最大值的特性，可以非常準(zhǔn)確地確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生的發(fā)生位置。
在未發(fā)生空化至嚴(yán)重空化區(qū)間內(nèi)的不同空化系數(shù)下連續(xù)進(jìn)行信號(hào)的采集。每次采集均首先計(jì)算信號(hào)的平均值x及標(biāo)準(zhǔn)差s(x)，并以此確定信號(hào)的置信區(qū)間。將不位于置信區(qū)間內(nèi)的信號(hào)xi以平均值x代替并產(chǎn)生新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)后，取得該樣本的峰峰值。信號(hào)峰峰值局部最大的點(diǎn)1的位置，就是空化初生的位置。



圖1為信號(hào)峰峰值隨空化系數(shù)的變化趨勢(shì) 圖2為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的判斷空化初生的峰峰值方法所采用的軟件流程圖
具體實(shí)施例方式 按圖2所表示的一種采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法，操作步驟如下 1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； 2)使模型水輪機(jī)處于未空化狀態(tài)； 3)保持模型水輪機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定，對(duì)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)進(jìn)行采集； 其中 xi水聲信號(hào) n采樣數(shù) 4)計(jì)算水輪機(jī)水聲信號(hào)的平均值x及標(biāo)準(zhǔn)差s(x)，具體方法如下 被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值x按下式計(jì)算 式中 x首被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值標(biāo)準(zhǔn)差s(x)按貝塞爾公式計(jì)算 式中 s(x)標(biāo)準(zhǔn)差 Vi殘差，即測(cè)量值與算數(shù)平均值之差。Vi＝xi-x，(i＝1，2，…，n) 5)按照給定的置信概率構(gòu)造新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n) 對(duì)于采集到的水聲信號(hào)而言，不可避免地會(huì)混入某些大誤差的干擾信號(hào)。這些含有大誤差的干擾信號(hào)的出現(xiàn)會(huì)對(duì)水聲信號(hào)峰值計(jì)算帶來非常大的偏差。因此，在對(duì)采集到的水聲信號(hào)進(jìn)行峰峰值計(jì)算與分析前，應(yīng)先依據(jù)一定的準(zhǔn)則，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)加以判別。具體方法為根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)與誤差理論，設(shè)定一定的置信區(qū)間，凡超出置信區(qū)間的測(cè)量信號(hào)即被認(rèn)為是含有大誤差的干擾信號(hào)；由于水聲信號(hào)服從正態(tài)分布，故取置信概率為99％，則置信區(qū)間為(x-2.576s，x+2.576s)。其中s為標(biāo)準(zhǔn)差。即，若|Vi|＞2.576s，則該測(cè)量值xi為含有大誤差的干擾信號(hào)，以平均值x替代。
依此構(gòu)造出新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)。
6)計(jì)算信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值 信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p為 xp-p＝max{x′i}-min{x′i} 式中 xp-p信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值 max{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最大值 min{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最小值 7)確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)生空化初生時(shí)的空化系數(shù) 如圖1所示，在發(fā)生空化前，隨著空化系數(shù)的減小，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p呈現(xiàn)出單調(diào)上升的趨勢(shì)，至空化初生發(fā)生位置點(diǎn)1處達(dá)到局部最大值。隨著空化程度的進(jìn)一步加深，即空化系數(shù)的進(jìn)一步減小，峰峰值xp-p呈現(xiàn)出了先隨著空化系數(shù)的減小而減小，而后急劇增大的趨勢(shì)。
在空化初生點(diǎn)附近，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p隨空化系數(shù)的變化曲線出現(xiàn)了局部最大值，且該鄰域U(σi)內(nèi)xp-p最大值(圖1中的點(diǎn)1所示位置)所對(duì)應(yīng)的位置即為發(fā)生空化初生的位置。具體判定方法如下 假定改變空化系數(shù)m次，空化系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p按空化系數(shù)由小到大的順序分別記為對(duì)相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值進(jìn)行求差運(yùn)算 i＝1，2，…，m-1 式中 di相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值之差 當(dāng)di＜0且di-1＞0時(shí)，點(diǎn)

即為模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生發(fā)生的位置。
權(quán)利要求
1.一種采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法，其特征是
具體步驟如下
1)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；
2)使模型水輪機(jī)處于未空化狀態(tài)；
3)保持模型水輪機(jī)運(yùn)行工況穩(wěn)定，對(duì)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)進(jìn)行采集；
其中
xi水聲信號(hào)
n采樣數(shù)
4)計(jì)算水輪機(jī)水聲信號(hào)的平均值x及標(biāo)準(zhǔn)差s(x)，具體方法如下
被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值x按下式計(jì)算
式中
x首被測(cè)水聲信號(hào)xi(i＝1，2，…，n)的平均值標(biāo)準(zhǔn)差s(x)按貝塞爾公式計(jì)算
式中
s(x)標(biāo)準(zhǔn)差
Vi殘差，即測(cè)量值與算數(shù)平均值之差。Vi＝xi-x，(i＝1，2，…，n)
5)按照給定的置信概率構(gòu)造新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)
根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)與誤差理論，設(shè)定一定的置信區(qū)間，凡超出置信區(qū)間的測(cè)量信號(hào)即被認(rèn)為是含有大誤差的干擾信號(hào)，由于水聲信號(hào)服從正態(tài)分布，故取置信概率為99％，則置信區(qū)間為(x-2.576s，x+2.576s)。其中s為標(biāo)準(zhǔn)差。即，若|Vi|＞2.576s，則該測(cè)量值xi為含有大誤差的干擾信號(hào)，以平均值x替代；
依此構(gòu)造出新的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)
6)計(jì)算信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值
信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p為
xp-p＝max{x′i}-min{x′i}
式中
xp-p信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值
max{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最大值
min{x′i}信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的最小值
7)確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片發(fā)生空化初生時(shí)的空化系數(shù)
在發(fā)生空化前，隨著空化系數(shù)的減小，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p呈現(xiàn)出單調(diào)上升的趨勢(shì)，至空化初生發(fā)生位置點(diǎn)1處達(dá)到局部最大值，隨著空化程度的進(jìn)一步加深，即空化系數(shù)的進(jìn)一步減小，峰峰值xp-p呈現(xiàn)出了先隨著空化系數(shù)的減小而減小，而后急劇增大的趨勢(shì)，在空化初生點(diǎn)附近，信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p隨空化系數(shù)的變化曲線出現(xiàn)了局部最大值，且該鄰域U(σi)內(nèi)xp-p最大值所對(duì)應(yīng)的位置即為發(fā)生空化初生的位置。具體判定方法如下
假定改變空化系數(shù)m次，空化系數(shù)及其對(duì)應(yīng)的信號(hào)樣本x′i(i＝1，2，…，n)的峰峰值xp-p按空化系數(shù)由小到大的順序分別記為對(duì)相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值進(jìn)行求差運(yùn)算
式中
di相鄰空化系數(shù)所對(duì)應(yīng)的xp-p值之差
當(dāng)di＜0且di-1＞0時(shí)，點(diǎn)
即為模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生發(fā)生的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用計(jì)算機(jī)程序確定空化初生的判定方法，本發(fā)明首次提出了水聲信號(hào)時(shí)域中峰峰值，即信號(hào)最大值與最小值之差，隨空化系數(shù)的變化趨勢(shì)可以用來判斷空化狀態(tài)的方法，并提出了實(shí)時(shí)剔除含有大誤差的干擾信號(hào)的算法。通過在不同類型模型水輪機(jī)上的反復(fù)試驗(yàn)研究，首先發(fā)現(xiàn)了適用于所有類型水輪機(jī)的用以判定空化初生的信號(hào)峰峰值隨空化系數(shù)的變化趨勢(shì)。利用反映出的發(fā)生空化初生處的水聲信號(hào)峰峰值在其周圍區(qū)域呈現(xiàn)出局部最大值的特性，可以非常準(zhǔn)確地確定模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片空化初生的發(fā)生位置。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101813568SQ20091007335
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月7日
發(fā)明者趙越, 張樂福, 喬鋼, 黎輝, 徐用良, 劉智良, 趙英男, 陳金霞, 許建新, 郭彥峰, 邵國輝, 劉文杰, 孫宗鑫 申請(qǐng)人:哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司