专利名称：测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法
技术领域：
本发明涉及一种测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法。
背景技术：
我国不少水电站在实际运行过程中，水轮机经常出现一些异常振动和噪声，给机 组长期稳定运行带来一定危害，有些还直接导致水轮机的核心部件-转轮出现裂纹，因此， 分析异常振动和噪声产生的原因，提出解决方案，对于保障机组长期稳定运行就变得十分 重要，针对水轮机振动和噪声问题，我们首先就是要判断振动和噪声是否由卡门涡引起，为 此研究一种水轮机过流部件卡门涡简易测量、判定方法就显得十分重要。

发明内容
本发明的目的是提供一种对异常振动和噪声进行分析，能够保证水轮机机组长期 稳定运行的测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实 现的本发明为一种测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法，1)在水轮机顶盖、活动导叶、尾水管进人门、蜗壳进人门位置布置振动传感器拾取 振动信号，并在上述位置附近布置声音传感器拾取噪声信号；采用的是压电加速度传感器， 将测得电压转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机；2)将加速度传感器、声音传感器通过数据线接入动态信号分析数据采集仪，并与 装有动态信号分析软件的计算机相连；3)启动计算机，运行动态信号分析软件，进行汉宁加窗即在时域中通过乘法 运算把汉宁(harming)窗函数w(k)用于原始信号χ(k)，得到一个用于频谱分析的信号 y(k))、快速傅立叶变换；4)计算机对采集的振动和噪声信号的时域波形和频域图进行比较分析，判断出是 否存在卡门涡振动，具体方法如下当水流流过活动导叶、固定导叶、转轮等过流部件时，会在这些过流部件的出水边 形成漩涡，当漩涡从这些部件的两侧交替脱落时，便作用一个交变的周期激励涡，引起这些 部件的周期性振动，这种振动称为卡门涡振动，当一个或几个部件的卡门涡频率与水中某 个或几个部件的固有频率接近或重叠时，就会产生共振，出现异常振动和噪声，当出现卡门 涡共振时，计算机对采集到的时域波形和频域图上的频率值进行比较判断，判断标准为时 域波形的振动数值和噪声能量幅值明显增大，频域图上的振动和噪声频率的主要频值基本 一致，如果符合所述特点计算机就可判定存在卡门涡振动，且共振频率即为卡门涡频；计 算机根据测得的卡门涡频率值，对过流部件修型解决方案后重新测量，当测量信号中时域 波形的振动数值和噪声能量幅值小，频域图上的振动和噪声频率值离散，说明卡门涡振动 已消除，测量工作完成。本发明要解决的主要问题有1、运用该测量系统能得到振动的数值和噪声的频率；
2、通过对振动和噪声信号的时域波形和频域图进行比较分析可以判定出振动和 噪声是否由卡门涡引起。工作原理由于流体绕过结构物的表面，在结构物的后方形成漩涡，当漩涡从结构物的两侧 交替脱落时，便作用结构物一个交变的周期激励涡，引起结构物的周期性振动，这种振动称 为卡门涡(或称漩涡脱落)振动，因此，卡门涡通常都是存在的，但卡门涡振力数值通常不 大，然而，当卡门涡振动频率与过流部件在流体中的固有频率接近或重叠时，则会产生共 振，从而表现出异常振动和噪声，将这种异常振动和噪声信号引入到我们的试验测量系统， 通过对采集到的振动和噪声信号进行比较分析，就可判断出振动和噪声是否由卡门涡引 起。本发明应用效果应用本发明，可以测量、判定水轮机振动和噪声是否是由于卡门涡共 振引起的。如果存在卡门涡共振，可以测出卡门涡共振的频率，从而对固定导叶、活动导叶 和转轮叶片提出修型的解决措施，改变卡门涡的振动频率，使其避开过流部件的固有频率， 解决水轮机运行中振动和噪声大的问题，预防固定导叶、转轮裂纹产生，保证机组长期稳定 运行，大大减少电厂停机检修的次数，给电厂带来巨大的经济效益。


图1为水轮机过流部件卡门涡振动试验测量系统框2为实现本发明的操作流程
具体实施例方式如图1所示，一种测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法，1)在水轮机顶盖、活 动导叶、尾水管进人门、蜗壳进人门位置布置振动传感器拾取振动信号，并在上述位置附近 布置声音传感器拾取噪声信号；采用的是压电加速度传感器，将测得电压转化成0-5V的电 压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机；2)将加速度传感器、声音传感器通过数据线接入动态信号分析数据采集仪，并与 装有动态信号分析软件的计算机相连；3)启动计算机，运行动态信号分析软件，进行汉宁加窗即在时域中通过乘法 运算把汉宁(harming)窗函数w(k)用于原始信号χ(k)，得到一个用于频谱分析的信号 y(k))、快速傅立叶变换；4)计算机对采集的振动和噪声信号的时域波形和频域图进行比较分析，判断出是 否存在卡门涡振动，具体方法如下当水流流过活动导叶、固定导叶、转轮等过流部件时，会在这些过流部件的出水边 形成漩涡，当漩涡从这些部件的两侧交替脱落时，便作用一个交变的周期激励涡，引起这些 部件的周期性振动，这种振动称为卡门涡振动，当一个或几个部件的卡门涡频率与水中某 个或几个部件的固有频率接近或重叠时，就会产生共振，出现异常振动和噪声，当出现卡门 涡共振时，计算机对采集到的时域波形和频域图上的频率值进行比较判断，判断标准为时 域波形的振动数值和噪声能量幅值明显增大，频域图上的振动和噪声频率的主要频值基本 一致，如果符合所述特点计算机就可判定存在卡门涡振动，且共振频率即为卡门涡频；计 算机根据测得的卡门涡频率值，对过流部件修型解决方案后重新测量，当测量信号中时域波形的振动数值和噪声能量幅值小，频域图上的振动和噪声频率值离散，说明卡门涡振动 已消除，测量工作完成。本实施例具体操作流程见图2所示。具体实施方法如下在水轮机顶盖、活动导叶、尾水管进人门、蜗壳进人门位置。布置振动传感器拾取 振动信号，并在上述位置附近布置声音传感器拾取噪声信号；工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可 互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位为米/秒 2(m/s2)，或重力加速度(g)。本方法是采用的是ICP型压电加速度传感器。声音传感器使用 的是与人类耳朵相似具有频率反应的电麦克风。它用来接收声波，显示声音的振动图象。但 不能对噪声的强度进行测量。通常声音传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。 声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压。这一 电压随后被转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机。将加速度传感器、声音传感器通过数据线接入动态信号分析数据采集仪，并与装有动态信号分析软件的计算机相连；启动计算机，运行动态信号分析软件，进行汉宁加窗、FFT分析等基本参数设置，然后开始信号采集；动态信号分析系统采用商业购买的动态信号分析系统，一般包括动态信号分析数 据采集仪(硬件)和动态信号分析软件(软件)两部分。动态信号分析数据采集仪至少应 具有4个通道，通频相应范围至少为ΙΟΗζ-ΙΟΟΟΗζ，具备频谱分析、功率谱分析、频响函数分 析、信号加窗、数据存储的基本功能。对采集的振动和噪声信号的时域波形和频域图进行比较分析，判断出是否存在卡 门涡振动。具体方法如下当水流流过活动导叶、固定导叶、转轮等过流部件时，会在这些过流部件的出水边 形成漩涡，当漩涡从这些部件的两侧交替脱落时，便作用一个交变的周期激励涡，引起这些 部件的周期性振动，这种振动称为卡门涡(或称漩涡脱落)振动，因此，卡门涡通常都是存 在的，但卡门涡振力数值通常不大。然而，当一个或几个部件的卡门涡频率与水中某个或几 个部件的固有频率接近或重叠时，就会产生共振，出现异常振动和噪声。当出现卡门涡共振 时，采集到的信号具有如下特点时域波形的振动数值和噪声能量幅值明显增大，频域图上 的振动和噪声频率的主要频值基本一致。我们对采集到的时域波形和频域图上的频率值进 行比较，如果符合上诉特点，就可判定存在卡门涡振动，且共振频率即为卡门涡频。根据本发明试验测量结果得到的卡门涡共振频率值，对固定导叶、活动导叶和转 轮叶片提出修型的解决措施，可以改变卡门涡的振动频率，使其避开过流部件的固有频率， 这样就能解决水轮机运行中由于卡门涡引起的异常振动和噪声问题。本发明的测试运用结果证明通过该简易试验测量系统，能方便、快捷的判断出水轮机过流部件是否存在卡门 涡振动，解决水轮机运行过程中存在的异常振动和噪声问题，从而保证机组能长期稳定运 行，该测量系统简单、测量准确、判定容易。
权利要求
1. 一种测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法，其特征是(1)在水轮机顶盖、活动导叶、尾水管进人门、蜗壳进人门位置布置振动传感器拾取振 动信号，并在上述位置附近布置声音传感器拾取噪声信号；采用的是压电加速度传感器，将 测得电压转化成0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接受，并传送给计算机；(2)将加速度传感器、声音传感器通过数据线接入动态信号分析数据采集仪，并与装有 动态信号分析软件的计算机相连；(3)启动计算机，运行动态信号分析软件，进行汉宁加窗即在时域中通过乘法运算把 汉宁(harming)窗函数w(k)用于原始信号χ(k)，得到一个用于频谱分析的信号y (k))、快 速傅立叶变换；(4)计算机对采集的振动和噪声信号的时域波形和频域图进行比较分析，判断出是否 存在卡门涡振动，具体方法如下当水流流过活动导叶、固定导叶、转轮等过流部件时，会在这些过流部件的出水边形成 漩涡，当漩涡从这些部件的两侧交替脱落时，便作用一个交变的周期激励涡，引起这些部件 的周期性振动，这种振动称为卡门涡振动，当一个或几个部件的卡门涡频率与水中某个或 几个部件的固有频率接近或重叠时，就会产生共振，出现异常振动和噪声，当出现卡门涡共 振时，计算机对采集到的时域波形和频域图上的频率值进行比较判断，判断标准为时域 波形的振动数值和噪声能量幅值明显增大，频域图上的振动和噪声频率的主要频值基本一 致，如果符合所述特点计算机就可判定存在卡门涡振动，且共振频率即为卡门涡频；计算 机根据测得的卡门涡频率值，对过流部件修型解决方案后重新测量，当测量信号中时域波 形的振动数值和噪声能量幅值小，频域图上的振动和噪声频率值离散，说明卡门涡振动已 消除，测量工作完成。
全文摘要
本发明涉及一种测量水轮机过流部件卡门涡振动的方法，通过在水轮机顶盖、活动导叶、尾水管进人门、蜗壳进人门布置振动和声音传感器，运用动态信号分析系统进行测量，然后根据测量结果，判断是否存在卡门涡振动。本发明应用本发明能解决水轮机运行中卡门涡振动问题，预防过流部件裂纹产生，保证机组长期稳定运行，减少停机检修次数，给电厂带来巨大经济效益。
文档编号G01H11/08GK102128674SQ20101060790
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者肖良瑜, 钟苏 申请人:哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司, 哈尔滨电机厂有限责任公司