在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法与流程

1.本发明属于水轮发电机组试验术领域，涉及一种在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法。

背景技术：

2.水轮机转轮室内设备是整个水轮发电机组的动力来源，因其工作环境复杂，长期受水流冲刷，容易出现空化空蚀、异物卡塞、金属部件撕裂等各种故障。由于转轮室内设备处于密闭空间，运行维护人员难以通过常规监测手段观察设备状态，无法及时发现故障，给机组的安全稳定运行带来严重威胁。为掌握设备的故障表征，开展故障模拟试验是最有效的方法，但在真机上开展破坏性故障试验并不现实。

技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，在水轮机模型机上安装声学传感器及加速度传感器，对模型水轮机进行正常工况、空化工况、异物卡塞或导叶剪断销剪断故障、部件撕裂故障试验，收集各项试验的声学及加速度数据，这些数据可用于优化真实水轮机转轮室设备健康状态和特定故障状态识别算法模型。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，它包如下步骤：步骤1，水听器安装，在模型水轮机的顶盖和锥管的管接头上分别安装水听器；步骤2，声发射传感器安装，在模型水轮机的蜗壳和肘管的外壁上分别设置声发射传感器；声发射传感器采用胶结连接，安装简便且不损坏模型机；步骤3，传声器安装，在模型水轮机的顶盖上部、蜗壳外壁和肘管外壁上分别设置传声器；传声器采用胶带固定，安装简便且不损坏模型机；步骤4，加速度传感器安装，在模型水轮机的顶盖上部、肘管外壁上分别设置加速度传感器；加速度传感器采用胶结连接，安装简便且不损坏模型机；步骤5，集成，分别将水听器、声发射传感器、传声器和加速度传感器接入数据采集调理模块，数据采集调理模块连接工控机，工控机上安装数据采集软件。
4.如上所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，它包括如下步骤：s1，试验前，模型水轮机模型尺寸、试验水头、雷诺数应满足国际电工委员会相关标准及国标的要求；对模型水轮机的摩擦力矩、主力矩、水头、尾水压力等参数的测量仪器进行原位标定；模型水轮机每次充水后要进行抽真空工作，以排出水体中的空气；s2，对模型水轮机正常工况进行试验，采集各传感器信号数据；s3，对模型水轮机空化工况进行试验，采集各传感器信号数据；s4，对模型水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断故障进行试验，采集各传感器信号数据；
s5，对模型水轮机部件撕裂故障进行试验，采集各传感器信号数据。
5.在s2中，对于轴流转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的转轮叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行不同桨叶角度下协联工况点的正常工况试验；对于混流式模型水轮机，选取一个或多个不同的导叶开度，每个导叶开度选取一个或多个不同的水头，进行正常工况试验。
6.在s3中，对于转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行协联工况的变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度；对于混流式水轮机，选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度，进行变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度。
7.在s4中，解开模型水轮机的一个或多个活动导叶与控制环之间的连接，将这一个或多个活动导叶开口固定，然后改变其他活动导叶的开口，拉开其他导叶与固定开口导叶之间的开口差距，模拟水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断的故障情况；固定开口的导叶选取一个或多个不同的固定开口，其他导叶选取一个或多个不同的导叶开口，模拟不同体积的异物卡塞或不同导叶位置的剪断销剪断情况。
8.在s5中，将模型水轮机的叶片进行局部切除，模拟水轮机部件撕裂故障情况；对某个叶片进行一次或多次切除，每次切除部分大小为叶片在水轮机横截面上投影总面积的1%。每次切除后选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度进行模拟试验。
9.本发明的主要有益效果在于：通过模型水轮机模拟了真机正常运行、初生空化、空化发展、异物卡塞、金属部件撕裂等工况试验，每个大类型工况下还包含变水头、变桨叶等不同小类型的试验，可收集多项不同工况的水轮机模拟试验数据，为水轮机转轮室设备健康状态和特定故障状态识别算法模型积累丰富的样本数据。
附图说明
10.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明数据采集设备安装的示意图。
11.图中，模型水轮机1，顶盖2，锥管3，蜗壳4，肘管5，水听器61，声发射传感器62，传声器63，加速度传感器64，工控机7，数据采集调理模块8。
具体实施方式
12.如图1中，一种模型水轮机故障模拟试验的数据采集设备安装方法，它包如下步骤：步骤1，水听器安装，在模型水轮机1的顶盖2和锥管3的管接头上分别安装水听器61；步骤2，声发射传感器安装，在模型水轮机1的蜗壳4和肘管5的外壁上分别设置声发射传感器62；声发射传感器62采用胶结连接，安装简便且不损坏模型机；
步骤3，传声器安装，在模型水轮机1的顶盖2上部、蜗壳4外壁和肘管5外壁上分别设置传声器63；传声器63采用胶带固定，安装简便且不损坏模型机；步骤4，加速度传感器安装，在模型水轮机1的顶盖2上部、肘管5外壁上分别设置加速度传感器64；加速度传感器64采用胶结连接，安装简便且不损坏模型机；步骤5，集成，分别将水听器61、声发射传感器62、传声器63和加速度传感器64接入采集调理模块8，数据采集调理模块8连接工控机7，工控机上7安装数据采集软件。
13.优选的方案中，如上所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，它包括如下步骤：s1，试验前，模型水轮机模型尺寸、试验水头、雷诺数应满足国际电工委员会相关标准及国标的要求；对模型水轮机的摩擦力矩、主力矩、水头、尾水压力等参数的测量仪器进行原位标定；模型水轮机每次充水后要进行抽真空工作，以排出水体中的空气；s2，对模型水轮机正常工况进行试验，采集各传感器信号数据；s3，对模型水轮机空化工况进行试验，采集各传感器信号数据；s4，对模型水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断故障进行试验，采集各传感器信号数据；s5，对模型水轮机部件撕裂故障进行试验，采集各传感器信号数据。
14.优选的方案中，在s2中，对于轴流转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的转轮叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行不同桨叶角度下协联工况点的正常工况试验；对于混流式模型水轮机，选取一个或多个不同的导叶开度，每个导叶开度选取一个或多个不同的水头，进行正常工况试验。
15.优选的方案中，在s3中，对于转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行协联工况的变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度；对于混流式水轮机，选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度，进行变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度。
16.优选的方案中，在s4中，解开模型水轮机的一个或多个活动导叶与控制环之间的连接，将这一个或多个活动导叶开口固定，然后改变其他活动导叶的开口，拉开其他导叶与固定开口导叶之间的开口差距，模拟水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断的故障情况；固定开口的导叶选取一个或多个不同的固定开口，其他导叶选取一个或多个不同的导叶开口，模拟不同体积的异物卡塞或不同导叶位置的剪断销剪断情况。
17.优选的方案中，在s5中，将模型水轮机的叶片进行局部切除，模拟水轮机部件撕裂故障情况；对某个叶片进行一次或多次切除，每次切除部分大小为叶片在水轮机横截面上投影总面积的1%。每次切除后选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度进行模拟试验。
18.如上的试验方法，通过模型水轮机模拟了真机正常运行、初生空化、空化发展、异物卡塞、金属部件撕裂等工况试验，每个大类型工况下还包含变水头、变桨叶等不同小类型
的试验，可收集多项不同工况的水轮机模拟试验数据，采集各类试验工况下的数据。这些数据可用于优化真实水轮机转轮室设备健康状态和特定故障状态识别算法模型。
19.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是，它包如下步骤：步骤1，水听器安装，在模型水轮机（1）的顶盖（2）和锥管（3）的管接头上分别安装水听器（61）；步骤2，声发射传感器安装，在模型水轮机（1）的蜗壳（4）和肘管（5）的外壁上分别设置声发射传感器（62）；声发射传感器（62）采用胶结连接；步骤3，传声器安装，在模型水轮机（1）的顶盖（2）上部、蜗壳（4）外壁和肘管（5）外壁上分别设置传声器（63）；传声器（63）采用胶带固定；步骤4，加速度传感器安装，在模型水轮机（1）的顶盖（2）上部、肘管（5）外壁上分别设置加速度传感器（64）；加速度传感器（64）采用胶结连接；步骤5，集成，分别将水听器（61）、声发射传感器（62）、传声器（63）和加速度传感器（64）接入数据调理模块（8），数据采集调理模块（8）连接工控机（7），工控机（7）上安装数据采集软件。2.根据权利要求1所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是，它包括如下步骤：s1，试验前，模型水轮机模型尺寸、试验水头、雷诺数应满足国际电工委员会相关标准及国标的要求；对模型水轮机的摩擦力矩、主力矩、水头、尾水压力等参数的测量仪器进行原位标定；模型水轮机每次充水后要进行抽真空工作，以排出水体中的空气；s2，对模型水轮机正常工况进行试验；s3，对模型水轮机空化工况进行试验；s4，对模型水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断故障进行试验，采集各传感器信号数据；s5，对模型水轮机部件撕裂故障进行试验，采集各传感器信号数据；根据权利要求2所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是：在s2中，对于轴流转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的转轮叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行不同桨叶角度下协联工况点的正常工况试验；对于混流式模型水轮机，选取一个或多个不同的导叶开度，每个导叶开度选取一个或多个不同的水头，进行正常工况试验。3.根据权利要求2所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是：在s3中，对于转桨式模型水轮机，选取一个或多个不同的叶片角度，每个叶片角度下选取一个或多个不同的水头，进行协联工况的变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度；对于混流式水轮机，选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度，进行变空化系数试验，空化系数选取初生空化系数及空化发展的空化系数，模拟不同的空化程度。4.根据权利要求2所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是：在s4中，解开模型水轮机的一个或多个活动导叶与控制环之间的连接，将这一个或多个活动导叶开口固定，然后改变其他活动导叶的开口，拉开其他导叶与固定开口导叶之间的开口差距，模拟水轮机异物卡塞或导叶剪断销剪断的故障情况，采集各传感器信号数据；固定开口的导叶选取一个或多个不同的固定开口，其他导叶选取一个或多个不同的导叶开口，模拟不同体积的异物卡塞或不同导叶位置的剪断销剪断情况。
5.根据权利要求2所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是：在s5中，将模型水轮机的叶片进行局部切除，模拟水轮机部件撕裂故障情况，采集各传感器信号数据；对某个叶片进行一次或多次切除，每次切除部分大小为叶片在水轮机横截面上投影总面积的1%；每次切除后选取一个或多个不同的水头，选取一个或多个不同的导叶开度进行模拟试验。6.根据权利要求1~5任一项所述的在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，其特征是：通过数据采集调理装置采集试验过程中的各项数据。

技术总结

一种在模型水轮机上模拟真机故障的试验方法，通过在水轮机模型机上安装声学传感器及加速度传感器，对模型水轮机进行正常工况、空化工况、异物卡塞或导叶剪断销剪断故障、部件撕裂故障试验，收集各项试验的声学及加速度数据，这些数据可用于优化真实水轮机转轮室设备健康状态和特定故障状态识别算法模型。健康状态和特定故障状态识别算法模型。健康状态和特定故障状态识别算法模型。