[发明专利]一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法

说明书

本发明公开一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法，根据水力机械转轮叶片发生空化气泡分离前水力机械模型尾水锥管处能量波动信号基本不随空化系数的变化而变化到发生空化气泡分离后水力机械模型尾水锥管处能量波动信号呈现出随空化系数的降低而急剧升高的特点，对水力机械模型尾水锥管处能量波动信号进行数理统计分析，通过计算水力机械模型尾水锥管处能量波动信号随机不确定度的方法评价不同空化系数下水力机械模型尾水锥管处能量波动信号序列的离散度变化并加之以水力机械模型尾水锥管处能量波动的单调性变化，利用本发明给出的对应判据就可以判定水力机械转轮叶片空化气泡分离现象的发生与否，进而为预测转轮叶片寿命提供依据。

技术领域

本发明涉及一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法。

背景技术

随着用户对水力机械稳定性要求的逐步提高，保证水力机械在无转轮叶片空化状态，特别是无严重空化状态，下安全稳定运行已成为考核机组运行状态和预测转轮叶片故障的一项重要指标。

转轮叶片空化是流体内局部压力降低时，流体内部或流固交界面上蒸气或气体的空穴(气泡)的形成、发展和溃灭的过程，是流体与气体的相变过程，包括空泡的发生、发展和溃灭三个阶段。空泡发生阶段会伴有噪声辐射的大幅度上升；空泡溃灭阶段能够释放出巨大的压能和热能，是造成流体与固体交界面材料破坏的主要过程。

对于水力机械而言，从基本原理上讲，是不希望在机组运行过程中发生任何程度的空化现象。但是，鉴于目前设计制造技术水平的限制和用户对水力机械运行范围不断扩大的要求，水力机械不可避免地会在空化状态下运行。随着水力机械转轮叶片材料和防护技术的进步，轻度空化现象对水力机械转轮叶片材料的破坏程度已经被控制在可接受的范围内。但是，重度空化现象对水力机械转轮叶片材料的破坏程度仍然是制约水力机械宽范围安全稳定运行的重要因素。

目前，对于水力机械转轮叶片空化程度的判定一般是按照如下规则进行的：若水力机械转轮叶片上的空化气泡全部附着在叶片表面上，没有任何一个空化气泡从叶片表面上脱离而进入水力机械尾水锥管的，则定义为轻度空化；若除了水力机械转轮叶片上附着了大量的空化气泡外，空化气泡还从叶片表面附着处脱离而进入水力机械尾水锥管的，则定义为重度空化。

在目前的技术水平下，无法在原型机上观察和确认转轮叶片上是否存在空化气泡和空化气泡是否已从叶片表面附着处脱离，仅能通过模型试验的方法由人工在高强度频闪光源下通过透明的尾水锥管段观察转轮叶片上空化气泡的情况，以此为依据推断同等空化系数条件下原型机的空化情况。由于模型试验过程中对空化气泡状态完全由人工目测进行，没有一个统一的可以量化的标准，致使转轮叶片上空化气泡是否已从叶片表面附着处脱离的确定随着观测者及观测位置的不同而产生很大的差异，从而影响到转轮叶片空化程度评价的准确性，进而极有可能对水力机械的安全稳定运行造成不可预知的负面影响。

因此，有必要开发一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在提供一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法。

本发明的技术方案是：一种通过外特性指标确定转轮叶片空化气泡分离点的方法，具体步骤如下：1)启动水力机械模型试验系统；

2)水力机械模型处于非空化状态运行；

3)保持水力机械模型稳定运行；

4)对水力机械模型空化系数进行采集；

5)对水力机械模型尾水锥管处能量波动信号进行采集；

6)计算水力机械模型尾水锥管处能量波动信号能量变化率：

按下式计算水力机械模型尾水锥管处能量波动信号能量变化率：

式中：