[发明专利]贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法

说明书

本发明公开了一种贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法，在尾水管外侧同一截断面上安装有3个压力脉动传感器，通过对贯流式水轮机尾水管压力脉动信号进行变分模态分解和时频分析识别出其同步压力脉动；通过本发明能够识别出贯流式水轮机尾水管压力脉动中的同步压力脉动，为水轮机设计阶段避免运行过程中同步压力脉动的出现提供依据。

技术领域

本发明属于水轮机技术领域，涉及一种贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法。

背景技术

水电作为主要的可再生清洁能源，需要进行大规模、多途径开发以确保“双碳”目标的实现。在水电未来的发展中，低水头水能资源逐渐成为了水电开发的重点方向。贯流式水轮机是低水头水能资源开发的主力机型，其运行稳定性对于提升能源开发效率有着重要意义。压力脉动是反映水轮机稳定性的主要指标，同步压力脉动更是引起机组内部水体共振进而造成水轮机稳定性灾变的重要因素。目前，对于贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的关注较少，尚缺乏一种可以迅速、准确识别出尾水管中同步压力脉动的方法，以避免尾水管同步压力脉动引发的水轮机内部水体共振。

发明内容

本发明的目的是提供一种贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法，通过该方法能够识别出贯流式水轮机尾水管压力脉动中的同步压力脉动，为水轮机设计阶段避免运行过程中同步压力脉动的出现提供依据。

本发明所采用的技术方案是，贯流式水轮机尾水管同步压力脉动的识别方法，具体包括如下步骤：

步骤1，启动水轮机压力脉动信号采集试验系统；

步骤2，获取同一横断面上三组尾水管压力脉动时序信号；

步骤3，对步骤2获取的压力脉动信号进行滤波和变分模态分解，获取信号分量；

步骤4，分别计算步骤3中各信号分量的能量及各信号分量与分解前低频信号的相关性系数，提取出信号能量与相关性系数最高的信号分量作为压力脉动信号的主要分量；

步骤5，通过连续小波变换对步骤4中得到的压力脉动主要分量进行时频分析，提取出压力脉动同步、同频增强的信号分量；

步骤6，根据相关性系数判断步骤5提取出的信号分量的波形相位是否相同，根据判断结果确定该信号分量是否为尾水管压力脉动中的同步压力脉动。

本发明的特点还在于：

步骤2的具体过程为：

通过压力脉动传感器采集同一横断面上的三处尾水管压力脉动信号，经数据采集系统将压力脉动信号发送到控制台，得到同一横断面上三组尾水管压力脉动时序信号X₁(t)、X₂(t)、X₃(t)。

步骤3的具体过程为：

将步骤2得到的三组压力脉动信号X₁(t)、X₂(t)、X₃(t)输入低通滤波器得到低频信号x₁(t)、x₂(t)、x₃(t)，经傅里叶变换得到信号频域分布后分别进行变分模态分解，得到三组信号分量IMF_1a(t)、IMF_1b(t)…IMF_1k(t)，IMF_2a(t)、IMF_2b(t)…IMF_2k(t)，IMF_3a(t)、IMF_3b(t)…IMF_3k(t)。

步骤4的具体过程为：