水輪機(jī)故障聲學(xué)診斷技術(shù)研究及其應(yīng)用探討

王輝斌，吳長利，鄒桂麗，盧文秀，褚福磊，陳貞石，朱 俊，任繼順，陳 偉

（1. 湖南省電力公司試驗(yàn)研究院 湖南 長沙，410007；2. 清華大學(xué) 北京，100084；3. 東江水電廠 湖南 郴州，423403； 4. 北京奧技異電氣技術(shù)研究所 北京，100084；）

1 前言

近年來，隨著國家能源政策的調(diào)整，水電建設(shè)得到了重視。隨著大型水利樞紐工程的興建以及大中型水電廠的相繼建成投產(chǎn)，水電在整個(gè)電網(wǎng)中的比重越來越大，水輪機(jī)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性問題日顯突出。因此，對(duì)水輪機(jī)開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)也顯得越來越必要和迫切。

目前，在越來越多的水電廠都已經(jīng)安裝了基于振動(dòng)的故障監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。但是傳統(tǒng)的振動(dòng)診斷也有許多局限性：例如監(jiān)測定子鐵心的運(yùn)行狀態(tài)一般采用加速度傳感器，但有限的監(jiān)測傳感器往往難以準(zhǔn)確地診斷出定子鐵心的某一部位故障；又如水輪機(jī)過流部件的裂紋、空化以及卡門渦，以常規(guī)振動(dòng)方式（如擺度、振動(dòng)位移、脈動(dòng)等）進(jìn)行測量往往難以捕捉到故障信號(hào)、實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行直接監(jiān)測。為了更好地對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和評(píng)價(jià)，需要一種新的技術(shù)和方法。利用聲發(fā)射信號(hào)對(duì)水輪機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和故障診斷，正是基于這一需求而發(fā)展起來的新技術(shù)。

聲發(fā)射又稱應(yīng)力波發(fā)射，聲發(fā)射檢測技術(shù)是無損檢測中的一種新方法，它是通過檢測材料在受到外力作用下變形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞而產(chǎn)生的高頻應(yīng)力波信號(hào)的診斷方法。典型的聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為20kHz～1MHz，金屬材料的聲發(fā)射信號(hào)范圍在20kHz～300kHz。聲發(fā)射信號(hào)檢測提取的是高頻的振動(dòng)信號(hào)，能夠有效地避開低頻信號(hào)的干擾，因此對(duì)故障特征的提取和分析非常有效。聲發(fā)射檢測方法現(xiàn)已在石油化工工業(yè)、電力工業(yè)、材料試驗(yàn)、民用工程、航空航天工業(yè)、金屬加工、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。

聲發(fā)射技術(shù)研究是現(xiàn)行的水電機(jī)組常規(guī)振動(dòng)測試研究的補(bǔ)充和發(fā)展。現(xiàn)在水電行業(yè)普遍應(yīng)用的振動(dòng)測試儀的測試分析能力一般在200～500Hz，以目前的測試儀不適合于分析超聲波段的高頻聲發(fā)射信號(hào)，因此水輪機(jī)故障的聲發(fā)射監(jiān)測及診斷技術(shù)的研究，對(duì)提升水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測水平、拓展故障診斷手段，以及確保水輪機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，都具有重要的意義。

2 幾種典型水輪機(jī)故障的聲發(fā)射機(jī)理研究

水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，幾種常見故障如碰摩、裂紋、基座松動(dòng)、軸承故障以及空蝕空化等都會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)。

（1）基于聲發(fā)射信號(hào)的空化狀態(tài)診斷機(jī)理研究

水輪機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生的空化空蝕現(xiàn)象對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行安全和運(yùn)行效率產(chǎn)生極大的影響?？栈且后w在一定溫度下降低壓力使液體汽化的現(xiàn)象，液體發(fā)生空化的過程是在極短的時(shí)間內(nèi)突然發(fā)生，使液體連續(xù)性遭到破壞，在液體中形成充滿蒸汽或氣體的空泡。如果液體是流動(dòng)的，這些空泡將隨液體一起運(yùn)動(dòng)，空泡的尺寸將隨液體內(nèi)部壓力的降低而漲大。當(dāng)氣泡進(jìn)入高壓區(qū)時(shí)，泡內(nèi)的水蒸氣將凝聚，氣體將被溶解，氣泡很快潰滅消失。空泡潰滅時(shí)產(chǎn)生極高的壓力并伴隨有高溫、放電、化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。同時(shí)在空化的產(chǎn)生和壓縮、膨脹過程中，將產(chǎn)生高頻噪聲和壓力脈動(dòng)。潰滅的時(shí)間以毫秒計(jì)，甚至以微秒計(jì)的時(shí)間內(nèi)完成。在這一瞬間，氣泡周圍液體溫度可達(dá)1000℃，溫升可達(dá)500～800℃，輻射出的合成沖擊波的壓力差可高達(dá)4000大氣壓。如此的高溫高壓使機(jī)械表面的材料迅速屈服，并從表面剝落下來，這種現(xiàn)象稱為空蝕。

水輪機(jī)空蝕主要發(fā)生在流速較高的轉(zhuǎn)輪通道區(qū)域，即發(fā)生在轉(zhuǎn)輪及其配合的靜止部件表面上。水輪機(jī)中的空蝕大體可以分為：翼型空蝕、局部空蝕、間隙空蝕和空腔空蝕。對(duì)于混流式水輪機(jī)，主要有翼型空蝕和空腔空蝕。翼型空蝕主要是由于葉片的局部低壓區(qū)形成的，而空腔空蝕一般發(fā)生在低水頭、低負(fù)荷時(shí)，尾水管空蝕渦帶內(nèi)部含有大量的氣穴，當(dāng)氣穴崩潰時(shí)，將使轉(zhuǎn)輪的泄水錐及尾水管的錐管段和肘管段遭受空蝕破壞。

根據(jù)空化空蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理可以推斷，空泡的瞬間形成和潰滅而產(chǎn)生的沖擊波作用于葉片和管壁，這種沖擊振動(dòng)的信號(hào)必含有高頻的振動(dòng)成分（聲發(fā)射信號(hào)）。實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)的提取和分析，既能夠排除低頻信號(hào)的影響，又能夠準(zhǔn)確診斷空化空蝕的嚴(yán)重程度，這是一種比較理想的監(jiān)測方法。

所以根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)行過程中空化空蝕的發(fā)生情況，將聲發(fā)射傳感器分別固定于尾水管和蝸殼處測定聲發(fā)射信號(hào)。在水輪機(jī)工況變化、發(fā)生空化現(xiàn)象時(shí)，高頻振動(dòng)沖擊作用于水輪機(jī)殼體，通過聲發(fā)射傳感器拾取的高頻信號(hào)可以分析空化現(xiàn)象的嚴(yán)重程度。通過選擇傳感器的安裝位置和安裝數(shù)量，可以診斷出水輪機(jī)空化產(chǎn)生的位置以及水輪機(jī)葉片和殼壁空蝕的位置和嚴(yán)重程度等信息，為機(jī)組維護(hù)人員提供準(zhǔn)確、可靠的運(yùn)行資料，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備高效、安全的運(yùn)行及最經(jīng)濟(jì)合理的維護(hù)。

通過記錄水輪機(jī)不同運(yùn)行工況的聲發(fā)射信號(hào)，如起停機(jī)過程、甩負(fù)荷過程、水頭高度及尾水位變化對(duì)空化空蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的影響規(guī)律分析：

（a）運(yùn)行水頭對(duì)空化空蝕的影響：水輪機(jī)翼型空蝕隨水頭的增加而變得嚴(yán)重。而對(duì)于空腔空蝕，在最優(yōu)工況下運(yùn)行，空腔空蝕較小，運(yùn)行水頭較低和較高時(shí)，將產(chǎn)生空腔空蝕。

（b）水輪機(jī)功率對(duì)空化空蝕的影響：水輪機(jī)翼型空蝕隨功率的增加而變得嚴(yán)重。而對(duì)于空腔空蝕，水輪機(jī)在低水頭低負(fù)荷或高水頭、大負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，均比較嚴(yán)重。

（c）吸出高度對(duì)空化空蝕的影響：下游水位降低時(shí)，運(yùn)行吸出高度增加，此時(shí)即容易形成翼型空蝕，也容易形成空腔空蝕。

圖1、圖2為水輪機(jī)空化嚴(yán)重工況下的典型聲發(fā)射圖譜，從圖1的空蝕聲發(fā)射信號(hào)波形圖以及圖2的頻譜圖中可以看到，水輪機(jī)在運(yùn)行過程中，由于空化和空蝕的影響，會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，并且聲發(fā)射信號(hào)在時(shí)軸上的發(fā)生位置以及聲發(fā)射信號(hào)幅值大小基本沒有什么規(guī)律性；但是從聲發(fā)射信號(hào)的頻譜圖中可知，空化空蝕發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生160kHz左右的頻率成分。

（2）基于聲發(fā)射信號(hào)的碰摩狀態(tài)診斷機(jī)理研究轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中動(dòng)靜件間發(fā)生碰摩時(shí)會(huì)引起碰摩處動(dòng)靜件彈性應(yīng)變而產(chǎn)生聲發(fā)射，該聲發(fā)射信號(hào)蘊(yùn)涵了豐富的碰摩信息。因此，可利用轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)靜件碰摩時(shí)的聲發(fā)射辨識(shí)碰摩故障。與振動(dòng)方法不同的是，聲發(fā)射信號(hào)幅值的大小與轉(zhuǎn)子振動(dòng)狀態(tài)關(guān)系不大，而主要與碰摩時(shí)發(fā)生的能量直接相關(guān)。因此，在沒有發(fā)生碰摩之前，不平衡、不對(duì)中等其他工況或故障因素基本不會(huì)在聲發(fā)射信號(hào)中反映出來，所檢測到的碰摩聲發(fā)射信號(hào)是“單純”的，這樣，應(yīng)用聲發(fā)射技術(shù)就可以避免掉用振動(dòng)診斷轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障中很難去掉的如不平衡，不對(duì)中等干擾因素的影響。聲發(fā)射的這一特點(diǎn)十分適合實(shí)際機(jī)組運(yùn)行過程中的動(dòng)靜件碰摩故障的辨識(shí)，因此，聲發(fā)射技術(shù)可為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩辨識(shí)提供一條可行的途徑和方法。

圖1 空蝕聲發(fā)射時(shí)域波形

圖2 空蝕聲發(fā)射頻譜

圖3和4是典型的碰摩故障波形圖和頻譜圖，從圖中可以看到，碰摩故障的頻率成分主要集中在70kHz以內(nèi)。另外，碰摩故障產(chǎn)生的聲發(fā)射信號(hào)為突發(fā)型，一般情況下一個(gè)周期內(nèi)一次。

（3）基于聲發(fā)射信號(hào)的裂紋狀態(tài)診斷機(jī)理研究轉(zhuǎn)輪裂紋的發(fā)生不僅影響機(jī)組的安全運(yùn)行，也大量增加檢修工作量，消耗大量的人力、物力，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。根據(jù)斷裂力學(xué)分析，認(rèn)為結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)性是由裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K所控制，K是把裂紋尺寸、受力方式和結(jié)構(gòu)形狀聯(lián)系起來的參數(shù)，利用聲發(fā)射總計(jì)數(shù)N來表述金屬材料中的應(yīng)力強(qiáng)度因子K值和裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)系。波形分析是指通過分析聲發(fā)射(AE)信號(hào)的時(shí)域波形或頻譜特征來獲取信息的一種信號(hào)處理方法。理論上講，波形分析應(yīng)當(dāng)能給出任何所需的信息，因而波形也是表達(dá)AE源特征的最精確的方法，并可導(dǎo)致對(duì)AE的定量了解。從所采集的AE波形，人們可以很方便地獲得信號(hào)的頻譜和相關(guān)函數(shù)等信息，并可通過信號(hào)處理獲得任何感興趣的參數(shù)。因此，我們可以通過參數(shù)分析、波形分析以及時(shí)頻分析對(duì)裂紋故障進(jìn)行診斷。

圖3 典型的碰摩故障聲發(fā)射信號(hào)

圖4 典型的碰摩故障聲發(fā)射信號(hào)頻譜

圖5和6是典型的裂紋故障波形圖和頻譜圖，從聲發(fā)射信號(hào)的頻譜中可以看到，裂紋故障發(fā)生時(shí)頻率成分主要集中在50kHz和150kHz附近，裂紋故障的聲發(fā)射信號(hào)也不是連續(xù)型的，典型的裂紋故障在一個(gè)完整的周期內(nèi)有兩個(gè)聲發(fā)射事件，因?yàn)榱鸭y開閉各一次，并且裂紋開時(shí)信號(hào)幅值大，裂紋閉時(shí)信號(hào)幅值小。

圖5 典型的裂紋故障聲發(fā)射信號(hào)

圖6 典型的裂紋故障聲發(fā)射頻譜

3 水輪機(jī)故障聲發(fā)射診斷技術(shù)研究

對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的水輪機(jī)，碰摩、裂紋和空蝕狀況的發(fā)生是漸變的、逐步演化的，為區(qū)分這三者故障信號(hào)，特研究了用以評(píng)價(jià)這些狀態(tài)的指標(biāo)：脈沖重復(fù)率、聲強(qiáng)烈度、波形貼近度。

（1）脈沖重復(fù)率

記數(shù)法是處理聲發(fā)射脈沖信號(hào)的一種常用方法。目前應(yīng)用的記數(shù)法有：聲發(fā)射事件記數(shù)和振鈴記數(shù)率以及它們的總記數(shù)，另外還有一種對(duì)振幅加權(quán)的記數(shù)方法，稱為“加權(quán)振鈴”記數(shù)法。振鈴計(jì)數(shù)率定義為單位時(shí)間內(nèi)聲發(fā)射脈沖超過門檻值的次數(shù)，并且單一的振鈴計(jì)數(shù)率受閾值的影響很大，并且它們都只能區(qū)分一段時(shí)間內(nèi)聲發(fā)射信號(hào)的平均出現(xiàn)的次數(shù)，而對(duì)聲發(fā)射信號(hào)是隨機(jī)出現(xiàn)的還是有規(guī)律出現(xiàn)的無法區(qū)別。為此，定義了脈沖重復(fù)率。

脈沖重復(fù)率的定義為單位時(shí)間內(nèi)時(shí)軸上聲發(fā)射脈沖信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)的概率，也表征了聲發(fā)射信號(hào)釋放的頻率高低，該技術(shù)主要用于區(qū)分時(shí)軸上隨機(jī)出現(xiàn)的和必然出現(xiàn)的聲發(fā)射脈沖。因?yàn)閷?duì)于水輪機(jī)的碰摩、裂紋和空蝕三種狀況來說，碰摩和裂紋的聲發(fā)射信號(hào)是周期性的，而空化的聲發(fā)射信號(hào)是隨機(jī)產(chǎn)生的，我們可以通過計(jì)算每個(gè)周期內(nèi)，相同相位所生成的脈沖重復(fù)率來區(qū)分空蝕還是其他兩種故障。

（2）聲強(qiáng)烈度

記數(shù)法的缺點(diǎn)是易受樣品幾何形狀、換能器的特性及連接方式、闡值電壓、放大器等工作狀況的影響。由于記數(shù)法處理聲發(fā)射信號(hào)存在以上缺點(diǎn)，尤其對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)更為明顯，因而通常采用測量聲發(fā)射信號(hào)的能量來對(duì)連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行分析。

我們定義聲強(qiáng)烈度來反映聲發(fā)射信號(hào)能量的大小，用聲強(qiáng)烈度表示可從能量觀點(diǎn)直接反映物體的聲發(fā)射強(qiáng)度。常用均方根電壓或均方電壓來進(jìn)行聲發(fā)射信號(hào)的能量測量。聲發(fā)射信號(hào)能量的測量可以直接與材料的重要物理參數(shù)如聲發(fā)射事件的機(jī)械能、應(yīng)變率或形變機(jī)制等直接聯(lián)系起來，而不需要建立聲發(fā)射信號(hào)的模型。能量測量問題同樣解決了小幅度連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的測量問題。另外，測量信號(hào)的均方根電壓或均方電壓也有很多優(yōu)點(diǎn)。首先，均方根電壓或均方電壓對(duì)電子系統(tǒng)增益和換能器耦合情況的微小變化不太敏感，而且不依賴于任何閥值電壓，不像計(jì)數(shù)技術(shù)一樣與閥值的大小有密切的關(guān)系。其次，均方根電壓或均方電壓與連續(xù)型的聲發(fā)射信號(hào)的能量有直接關(guān)系，但對(duì)于計(jì)數(shù)技術(shù)來說，根本不存在這樣的簡單關(guān)系。第三，均方根電壓或均方電壓很容易對(duì)不同應(yīng)變率和不同樣品體積進(jìn)行修正。

（3）波形貼近度

由于碰摩和裂紋故障的聲發(fā)射原理不同，因此，兩者的典型聲發(fā)射事件波形圖和頻譜圖都有所區(qū)別，在這里我們提出了波形貼近度來反映兩個(gè)聲發(fā)射信號(hào)的波形相似程度。首先，對(duì)典型故障信號(hào)樣本進(jìn)行包絡(luò)處理，包絡(luò)處理后如圖7和8所示；然后把實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)處理；最后與典型故障數(shù)據(jù)包絡(luò)函數(shù)做時(shí)域上的互相關(guān)分析，獲得最大的互相關(guān)系數(shù)ρt。

圖7 典型碰摩故障包絡(luò)信號(hào)

圖8 典型裂紋故障包絡(luò)信號(hào)

診斷實(shí)例：某故障時(shí)域波形如圖9所示，其包絡(luò)線如圖10、圖11所示?？梢钥吹?，該故障信號(hào)與碰摩故障的波形貼近度系數(shù)最大值在0.8以上，而與裂紋故障的波形貼近度系數(shù)最大值在0.5以下。

圖9 某故障時(shí)域波形

圖10 碰摩包絡(luò)線貼近度曲線

4 聲發(fā)射監(jiān)測及診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

（1）系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)基于北京奧技異技術(shù)研究所的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)，其體系結(jié)構(gòu)如圖12所示。

圖11 裂紋故障包絡(luò)線貼近度曲線

圖12 聲發(fā)射診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

聲發(fā)射采集分析裝置是由超聲波傳感器、前置放大器、集成采集單元等一整套設(shè)備組成，超聲波傳感器以及前置放大器均由美國聲學(xué)物理公司提供，集成采集單元其內(nèi)部集成了高速 AD采集模塊、數(shù)據(jù)處理分析以及顯示分析功能，可針對(duì)超聲波傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行高速數(shù)字化采集和分析處理，其針對(duì)空蝕信號(hào)的類型以及特點(diǎn)設(shè)定相應(yīng)的采集速度，采集策略，預(yù)處理算法等，形成適合于聲發(fā)射信號(hào)采集和分析的裝置。

（2）分析功能

主要分析功能有：采集卡的設(shè)置；實(shí)時(shí)波形顯示功能；頻譜實(shí)時(shí)分析功能；結(jié)合形態(tài)濾波及小波的分解與重構(gòu)功能；聲發(fā)射日趨勢分析功能（聲發(fā)射信號(hào)在一天內(nèi)隨有功功率、導(dǎo)葉開度等的趨勢變化圖）；聲發(fā)射相關(guān)趨勢分析功能；聲發(fā)射狀態(tài)分析功能等。

5 現(xiàn)場應(yīng)用分析

東江水電廠裝有4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1987年第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1989年4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行。在投運(yùn)初期，水頭較低，機(jī)組尚能穩(wěn)定運(yùn)行，振動(dòng)不明顯。隨著上游水庫水位的上升，機(jī)組進(jìn)入高水頭段運(yùn)行，振動(dòng)逐漸加劇。機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)造成一系列的設(shè)備損壞，諸如轉(zhuǎn)輪葉片裂紋、尾水管里襯撕裂、十字補(bǔ)氣架脫落、主軸密封緊固螺栓斷裂和定子鐵心松動(dòng)等重大設(shè)備缺陷，嚴(yán)重威脅著東江水電廠的安全運(yùn)行；同時(shí)，也給機(jī)組設(shè)備的檢修造成了極大的壓力：被迫更改機(jī)組檢修計(jì)劃，縮短檢修周期，延長機(jī)組檢修工期，加大檢修投入更是經(jīng)常發(fā)生。

為此，東江水電廠進(jìn)行了減震改造。2號(hào)機(jī)組正處于改造過渡期，且仍存在影響到機(jī)組安全運(yùn)行的嚴(yán)重隱患（如水輪機(jī)的葉片裂紋、空蝕等），利用常規(guī)的在線監(jiān)測系統(tǒng)不能完全對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況提供評(píng)價(jià)。因此，將研制的聲發(fā)射監(jiān)測診斷系統(tǒng)首先應(yīng)用于東江水電廠2號(hào)機(jī)組上，以確保該機(jī)組在改造前的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 2號(hào)機(jī)組主要參數(shù)

針對(duì)水輪機(jī)的聲發(fā)射信號(hào)傳播途徑的特點(diǎn)，在尾水管壁、導(dǎo)葉拐臂上各布置了一個(gè)聲發(fā)射傳感器。

系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)多星期的現(xiàn)場調(diào)試，于2006年9月正式投運(yùn)。利用該系統(tǒng)對(duì)2006年10月1日至2006年11月10日期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，其間的運(yùn)行水頭波動(dòng)范圍為：133～135m。

圖13 空化聲強(qiáng)烈度-負(fù)荷趨勢

圖14 裂紋聲強(qiáng)烈度-負(fù)荷趨勢

圖15 碰摩聲強(qiáng)烈度-負(fù)荷趨勢

如圖13～15，東江水電廠2號(hào)機(jī)組在132～134m水頭下運(yùn)行時(shí)，水輪機(jī)的空化聲發(fā)射強(qiáng)度在40MW左右工況較為劇烈，在 100MW 工況附近較其他工況要偏小；裂紋聲發(fā)射強(qiáng)度基本隨負(fù)荷的增加有增大趨勢，在滿負(fù)荷聲發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到最大；轉(zhuǎn)輪部分的碰摩聲發(fā)射強(qiáng)度較弱，且各負(fù)荷段內(nèi)幅值基本一致，監(jiān)測時(shí)間內(nèi)，沒有發(fā)生較明顯的碰摩故障。

總結(jié)2006年9月至2007年4月監(jiān)測時(shí)段內(nèi)聲發(fā)射強(qiáng)度的規(guī)律發(fā)現(xiàn)，空化聲強(qiáng)烈度、裂紋聲強(qiáng)烈度隨時(shí)間發(fā)展略有增大趨勢（分析從略）。對(duì)比2006年11月 c級(jí)檢修前后的振動(dòng)擺度及聲發(fā)射信號(hào)變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：檢修前后機(jī)組各部位的振動(dòng)擺度、水壓脈動(dòng)及水輪機(jī)效率并沒有明顯變化，雖然空化聲強(qiáng)烈度沒有明顯區(qū)別，但檢修前后的裂紋聲強(qiáng)烈度有了明顯變化（分析從略）。

通過以上應(yīng)用分析，使用聲發(fā)射技術(shù)檢測分析機(jī)組的故障是非常有效的手段，能發(fā)現(xiàn)常規(guī)監(jiān)測手段不能發(fā)現(xiàn)的問題和規(guī)律。

6 結(jié)語

本文就水輪機(jī)故障聲發(fā)射診斷理論及系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討分析，并簡要分析了現(xiàn)場應(yīng)用成果。將聲發(fā)射分析技術(shù)應(yīng)用于水輪機(jī)故障診斷，以水輪機(jī)的超聲波段的聲發(fā)射信號(hào)為測試研究對(duì)象，系統(tǒng)采用了形態(tài)濾波的方法，有效地避免了環(huán)境干擾、提高了故障信號(hào)的信噪比。對(duì)水輪機(jī)狀態(tài)，特別是水下部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了檢測分析，采用和應(yīng)用了"脈沖重復(fù)率"、"聲強(qiáng)烈度"、"波形貼近度"三個(gè)指標(biāo)，來區(qū)分水輪機(jī)的碰摩故障、空化狀態(tài)、裂紋故障，并分別對(duì)這三種狀態(tài)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。基于研究的成果研制開發(fā)了監(jiān)測系統(tǒng)，在東江水電廠2號(hào)機(jī)組上得到了應(yīng)用，結(jié)合檢修工作對(duì)該技術(shù)的診斷結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，這一技術(shù)對(duì)指導(dǎo)機(jī)組檢修及運(yùn)行是可行、有效的手段。

該系統(tǒng)同樣可以應(yīng)用于軸承、定子鐵芯等部位的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測分析，同樣的也可以擴(kuò)展到對(duì)不同類型的水輪機(jī)聲發(fā)射特性研究分析，可以極大地豐富水輪機(jī)故障聲發(fā)射診斷技術(shù)的理論。

將聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用于水電機(jī)組故障診斷領(lǐng)域，擴(kuò)寬了水電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測及診斷的手段和理論，解決了利用常規(guī)振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)所無法檢測發(fā)現(xiàn)的故障。相信今后隨著科技的進(jìn)步，以及聲發(fā)射診斷技術(shù)在水輪機(jī)故障監(jiān)測及診斷方面的深入研究、分析理論逐步成熟，這一新興技術(shù)將廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)故障診斷及監(jiān)測領(lǐng)域，促進(jìn)水電科技進(jìn)步，確保水電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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