CN112378506B - 一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法 - Google Patents

一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，具体包括如下步骤：步骤1，基于不同的待测试对象，对转轮室进行加工；步骤2，根据步骤1选取的测试对象，布置激光测振仪、光电编码器和压电式振动速度传感器；步骤3，采用电脑同步采集旋转光电编码器、两台激光测振仪以及所有压电式振动速度传感器的输出信号，对测得的信号可进行互功率谱分析和互相关分析从而确定信号间的关联关系。本发明在测量的过程中完全不影响贯流式水力机械的正常运转，且可以实现转轮振动、外壁振动的同步测量。

Description

一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法
技术领域
本发明属于水力机械设备技术领域，涉及一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法。
背景技术
贯流式水力机械包括贯流式水泵、水轮机以及船用螺旋桨等，在我国国民经济领域中发挥着不可替代的作用，特别是涉及军事用途的贯流式水力机械，其稳定性更是设计人员关注的重中之重。贯流式水力机械的转轮是整个设备的主动部件，其在水中高速旋转时诱发的非稳定流动以及碰磨是引发贯流式水力机械振动的主要原因，因此，实现贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步检测与分析对判断贯流式水力机械的运行状态有着重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，该方法在测量的过程中完全不影响贯流式水力机械的正常运转，且可以实现转轮振动、外壁振动的同步测量。
本发明所采用的技术方案是，一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，具体包括如下步骤：
步骤1，基于不同的待测试对象，对转轮室进行加工；
步骤2，根据步骤1选取的测试对象，布置激光测振仪、光电编码器和压电式振动速度传感器；
步骤3，采用电脑同步采集旋转光电编码器、两台激光测振仪以及所有压电式振动速度传感器的输出信号，对测得的信号可进行互功率谱分析和互相关分析从而确定信号间的关联关系。
本发明的特点还在于，
步骤1中：
如果待测试的对象为试验室中的贯流式水力机械模型，则将转轮室整体采用高透明有机玻璃材料进行加工；
当待测试的对象为工程应用中的贯流式水力机械时，则需在转轮室上与转轮泄水锥任一横截面对齐的轴向位置加工两个周向成90°夹角的圆形窗口，且窗口采用高透明有机玻璃盖封闭。
窗口的半径R大于50mm。
步骤2的具体过程为：
步骤2.1，当测试对象为试验室中的贯流式水力机械模型，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室采用高透明有机玻璃材料加工，因而激光测振仪的可视激光可以有效穿透转轮室聚焦在转轮泄水锥上，此时，将两台激光测振仪布置在同一轴向位置并按周向夹角90度布置，这样可使两束激光的方向成90度照在转轮泄水锥上，从而可获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号；
当测试对象为工程应用中的贯流式水力机械，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室加工出了两个周向成90°夹角的圆形窗口，两个圆形窗口由于采用高透明有机玻璃盖封闭，因此激光可以有效穿透并聚焦在转轮泄水锥上，此时，在与圆形窗口轴向位置相同的平面上布置两台周向夹角为90度的激光测振仪，两台激光测振仪的激光束周向位置分别与两个圆形窗口的周向位置相同，从而确保两束激光分别从两个圆形窗***入，获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号；
步骤2.2，将旋转光电编码器安装在贯流式水力机械的伸出轴上，并引出信号输出线接入多通道同步数字信号采集器；将两台激光测振仪的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器；
步骤2.3，按照具体的测试位置需求，将多个压电式振动速度传感器安装在进水管、转轮室和尾水管的外壁面，将布置好的压电式振动速度传感器的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器，多通道同步数字信号采集器的输出线将同步采集的数据输送至电脑。
步骤2.1中，当测试对象为试验室中的贯流式水力机械模型时，两台激光测振仪与转轮泄水锥之间的径向距离必须位于0.2米～30米的范围内；
当测试对象为工程应用中的贯流式水力机械时，两台激光测振仪与转轮泄水锥之间的径向距离不得超过30米。
步骤2.3中，压电式振动速度传感器的数量应少于多通道同步数字信号采集器连接了旋转光电编码器和两台激光测振仪以后剩余的通道数量。
在测试过程中，如果多通道同步数字信号采集器仍然有多余的通道，还可以接入监测流道内部压力脉动的压电式压力脉动传感器，实现贯流式水力机械流道内压力脉动、转轮振动和外壁面振动的同步测量。
本发明的有益效果是,本发明提出的一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，该方法即可适用于贯流式水力机械模型试验中转轮和外壁的振动同步测试，也可适用于大型工程应用中的贯流式水力机械转轮和外壁的振动同步测试。该方法在测量的过程中完全不影响贯流式水力机械的正常运转，且可以实现转轮振动、外壁振动的同步测量，优势明显。
附图说明
图1是本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法中的贯流式水力机械结构示意图；
图2是本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法测试工程应用中贯流式水力机械时转轮室上的透明玻璃窗口示意图；
图3是本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法测试贯流式水力机械模型时的激光测振仪安放示意图；
图4是本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法测试工程应用中贯流式水力机械时的激光测振仪安放示意图；
图5是本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法中的测试***相关设备连接示意图；
图中，1.进水管，2.导叶，3.转轮叶片，4.转轮泄水锥，5.转轮室，6.尾水管，7.圆形窗口，8.激光测振仪，9.旋转光电编码器，10.伸出轴，11.多通道同步数字信号采集器，12.压电式振动速度传感器，13.电脑。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，要求的硬件设备包括但不限于：基于多普勒激光原理的激光测振仪(要求激光为能量小于1mW的可视激光且激光有效工作距离为0.2米～30米)、压电式压电式振动速度传感器、旋转光电编码器以及多通道(通道数≥8)同步数字信号采集器。其中，多通道同步数字信号采集器的采样频率在50Hz至128kHz的范围内可调节、支持IEPE(ICP)类传感器，且可将采集数据通过USB数据传输电缆传送至电脑。
具体包括如下步骤：
步骤1，贯流式水力机械的结构如图1所示，包括进水管1、导叶2、转轮叶片3、转轮泄水锥4、转轮室5、尾水管6。首先判定测试方法应用场合，如果待测试的对象为试验室中的贯流式水力机械模型，则将转轮室5整体采用高透明有机玻璃材料进行加工；
如果待测试的对象为大型工程应用中的贯流式水力机械，如图2所示，则需在转轮室5上与转轮泄水锥4任一横截面对齐的轴向位置加工两个周向成90°夹角的圆形窗口7，圆形窗口7的半径R需大于50mm，且采用高透明有机玻璃盖封闭，防止漏水。
步骤2，布置激光测振仪、光电编码器和压电式振动速度传感器。
步骤2.1，如果测试对象为试验室中的贯流式水力机械模型，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室5采用高透明有机玻璃材料加工，所以激光测振仪8的可视激光可以有效穿透转轮室聚焦在转轮泄水锥4上。此时，如图3所示，将两台激光测振仪8布置在同一轴向位置并按周向夹角90度布置，这样可使两束激光的方向成90度照在转轮泄水锥4上，从而可获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号。两台激光测振仪8与转轮泄水锥4之间的径向距离必须位于0.2米～30米的范围内。
如果测试对象为大型工程应用中的贯流式水力机械，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室5加工出了两个周向成90°夹角的圆形窗口7，两个圆形窗口7由于采用高透明有机玻璃盖封闭，因此激光可以有效穿透并聚焦在转轮泄水锥4上。此时，如图4所示，在与圆形窗口7轴向位置相同的平面上布置两台周向夹角为90度的激光测振仪8。两台激光测振仪8的激光束周向位置分别与两个圆形窗口7的周向位置相同，从而确保两束激光分别从两个圆形窗口7射入，获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号。两台激光测振仪8与转轮泄水锥4之间的径向距离不得超过30米。
步骤2.2，如图5所示，将旋转光电编码器9安装在贯流式水力机械的伸出轴10上，并引出信号输出线接入多通道同步数字信号采集器11；将两台激光测振仪8的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器11。
步骤2.3，如图5所示，按照具体的测试位置需求，将多个压电式振动速度传感器12安装在进水管1、转轮室5和尾水管6的外壁面，压电式振动速度传感器12的数量应少于多通道同步数字信号采集器11连接了旋转光电编码器9和两台激光测振仪8以后剩余的通道数量。将布置好的压电式振动速度传感器12的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器11，多通道同步数字信号采集器11的输出线将同步采集的数据输送至电脑13。
步骤3，采用电脑13同步采集旋转光电编码器9、两台激光测振仪8以及所有压电式振动速度传感器12的输出信号，对测得的信号可进行互功率谱分析和互相关分析从而确定信号间的关联关系。
在测试过程中，如果多通道同步数字信号采集器11仍然有多余的通道，还可以接入监测流道内部压力脉动的压电式压力脉动传感器，实现贯流式水力机械流道内压力脉动、转轮振动和外壁面振动的同步测量。

Claims (1)

1.一种贯流式水力机械转轮和外壁振动的同步测试方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，基于不同的待测试对象，对转轮室进行加工；
所述步骤1中：
如果待测试的对象为试验室中的贯流式水力机械模型，则将转轮室整体采用高透明有机玻璃材料进行加工；
当待测试的对象为工程应用中的贯流式水力机械时，则需在转轮室上与转轮泄水锥任一横截面对齐的轴向位置加工两个周向成90°夹角的圆形窗口，且窗口采用高透明有机玻璃盖封闭；所述窗口的半径R大于50mm；
步骤2，根据步骤1选取的测试对象，布置激光测振仪、光电编码器和压电式振动速度传感器；
所述步骤2的具体过程为：
步骤2.1，当测试对象为试验室中的贯流式水力机械模型，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室采用高透明有机玻璃材料加工，因而激光测振仪的可视激光可以有效穿透转轮室聚焦在转轮泄水锥上，此时，将两台激光测振仪布置在同一轴向位置并按周向夹角90度布置，这样可使两束激光的方向成90度照在转轮泄水锥上，从而可获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号；
当测试对象为工程应用中的贯流式水力机械，在步骤1中已将贯流式水力机械转轮室加工出了两个周向成90°夹角的圆形窗口，两个圆形窗口由于采用高透明有机玻璃盖封闭，因此激光可以有效穿透并聚焦在转轮泄水锥上，此时，在与圆形窗口轴向位置相同的平面上布置两台周向夹角为90度的激光测振仪，两台激光测振仪的激光束周向位置分别与两个圆形窗口的周向位置相同，从而确保两束激光分别从两个圆形窗***入，获得转轮周向相位成90度的两个方向上的振动信号；
所述步骤2.1中，当测试对象为试验室中的贯流式水力机械模型时，两台激光测振仪与转轮泄水锥之间的径向距离必须位于0.2米~30米的范围内；
当测试对象为工程应用中的贯流式水力机械时，两台激光测振仪与转轮泄水锥之间的径向距离不得超过30米；
步骤2.2，将旋转光电编码器安装在贯流式水力机械的伸出轴上，并引出信号输出线接入多通道同步数字信号采集器；将两台激光测振仪的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器；
步骤2.3，按照具体的测试位置需求，将多个压电式振动速度传感器安装在进水管、转轮室和尾水管的外壁面，将布置好的压电式振动速度传感器的信号输出线接入多通道同步数字信号采集器，多通道同步数字信号采集器的输出线将同步采集的数据输送至电脑；
所述步骤2.3中，压电式振动速度传感器的数量应少于多通道同步数字信号采集器连接了旋转光电编码器和两台激光测振仪以后剩余的通道数量；
步骤3，采用电脑同步采集旋转光电编码器、两台激光测振仪以及所有压电式振动速度传感器的输出信号，对测得的信号可进行互功率谱分析和互相关分析从而确定信号间的关联关系；
在测试过程中，如果多通道同步数字信号采集器仍然有多余的通道，还可以接入监测流道内部压力脉动的压电式压力脉动传感器，实现贯流式水力机械流道内压力脉动、转轮振动和外壁面振动的同步测量。
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