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声发射技术在水轮机组故障诊断中的应用研究

作　者: 吴广辉
导　师: 梁武科；马薇
学　校: 西安理工大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 水电机组故障诊断声发射技术叶片裂纹动静碰摩
分类号: TK730.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 36次
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内容摘要

针对我国某水电站混流式水轮机在运行过程中因转轮叶片裂纹和动静部件之间的碰摩故障引起的振动问题,本文采用Matlab分析软件对原型混流式水轮机进行的声发射检测结果进行数据处理分析。主要目的在于研究声发射信号与转轮叶片裂纹和动静碰摩故障之间的关系。主要研究成果包括几个部分：利用Matlab软件设计形态数字滤波器对实验数据进行噪声滤波从而有效抑制了干扰信号。分析了不同工况下转轮叶片裂纹与其产生声发射信号的幅度、振铃计数、上升时间和持续时间之间的关系；将小波分解技术应用于实验数据处理,对数据进行时频域及各频段功率谱变化趋势分析计算。分析结果表明叶片裂纹产生的声发射信号幅度随转速的升高首先逐步升高经过一个峰值之后又下降的趋势；在裂纹萌生期声发射信号幅度、振铃计数比未产生裂纹期有大幅度的增长。建立了基于声发射原理的水轮机组动静碰摩的数学模型。该数学模型表明动静部件之间发生碰摩时会引起碰摩点弹性应变而产生声发射波信号并且该声发射信号蕴涵了丰富的碰摩信息。分析了不同工况下原型水轮机动静碰摩程度与声发射信号对应的变化关系。通过对原型水轮机动静碰摩实验数据分析表明随着水轮机组动静碰摩强度的增加产生的声发射信号幅度有单调上升的趋势；小波采样分析表明与裂纹声发射相比动静碰摩的声发射信号强烈,高幅度事件多,同时可知动静碰摩上升时间和持续时间相对较短。所以在水轮机组运行过程中需要及时对叶片裂纹和动静碰摩故障进行检测,以保证机组安全稳定的运行。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 选题依据及意义  8-9
  1.2 国内外声发射技术研究的发展现状  9-12
    1.2.1 国外声发射技术研究的发展现状  9-11
    1.2.2 国内声发射技术研究的发展现状  11-12
  1.3 水轮机状态检测与故障诊断的研究方法及进展  12-15
    1.3.1 水轮机故障特点  12-13
    1.3.2 水轮机状态监测与故障诊断的主要技术和方法  13-14
    1.3.3 水轮机状态监测与故障诊断技术的发展方向  14-15
  1.4 本文主要研究内容  15-16
2 声发射检测基本原理  16-32
  2.1 声发射的产生及声发射源  16-17
  2.2 声发射检测原理  17
  2.3 声发射技术的特点及检测目的  17-18
    2.3.1 声发射技术的主要特点  17-18
    2.3.2 声发射检测的主要目标  18
  2.4 声发射信号的基本特征  18-22
    2.4.1 声发射信号特点  18-19
    2.4.2 声发射信号的分类  19
    2.4.3 声发射信号的特征参数  19-22
  2.5 声发射波传播理论  22-24
    2.5.1 声发射波的传播模式  22-23
    2.5.2 波的传播速度  23
    2.5.3 波的反射、折射与模式转换  23-24
    2.5.4 波的衰减  24
  2.6 声发射信号常用处理方法  24-30
    2.6.1 声发射信号的参数分析方法  24-27
    2.6.2 声发射信号的波形分析方法  27-28
    2.6.3 模态声发射  28-30
  2.7 声发射噪声来源及抑制  30-31
    2.7.1 声发射噪声来源  30
    2.7.2 克服干扰噪声的常用方法  30-31
  2.8 本章小结  31-32
3 水轮机组声发射检测系统的组成  32-42
  3.1 声发射检测系统的基本组成  32
  3.2 声发射检测系统硬件  32-36
    3.2.1 声发射传感器  32-33
    3.2.2 前置放大器  33-34
    3.2.3 声发射卡  34-36
  3.3 声发射监测分析软件  36-38
    3.3.1 MATLAB软件组成  36-37
    3.3.2 MATLAB语言特点  37-38
  3.4 声发射信号的处理  38-41
    3.4.1 声发射信号的预处理  38-40
    3.4.2 脉冲重复率  40
    3.4.3 声强烈度  40-41
  3.5 本章小结  41-42
4 水轮机叶片裂纹的声发射实验研究  42-58
  4.1 混流式水轮机叶片裂纹产生部位及特征  42
  4.2 叶片裂纹产生原因分析  42-44
  4.3 裂纹形成与扩展的AE源的机理  44-46
  4.4 转轮叶片裂纹声发射实验及结果分析  46-56
    4.4.1 实验概述  46-48
    4.4.2 裂纹声发射实验结果分析  48-56
  4.5 本章小结  56-58
5 水轮机动静碰摩的声发射实验研究  58-70
  5.1 综述  58-59
    5.1.1 转子与静止部件摩擦的分类  58
    5.1.2 转子与静止部件摩擦的物理现象  58-59
  5.2 水轮机组动静碰摩声发射机理  59-61
  5.3 动静碰摩实验结果分析  61-69
    5.3.1 动静碰摩声发射与振动检测分析  61-65
    5.3.2 动静碰摩声发射信号的小波分析  65-68
    5.3.3 动静碰摩声发射信号的参数分析  68-69
  5.4 本章小结  69-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
附录在校期间所发表的论文  78

声发射技术在水轮机组故障诊断中的应用研究

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