一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法，涉及水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺故障判別領(lǐng)域。本發(fā)明利用頻閃效應(yīng)原理，根據(jù)與葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生剮蹭處的葉片和下環(huán)處發(fā)生了相對顯著地局部形變致使該葉片形狀及與其相鄰葉片的間距發(fā)生相對明顯變化的特性，調(diào)整頻閃光源的閃光頻率來觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)，以此判定是否發(fā)生水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭現(xiàn)象。
【專利說明】
一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[0001]本發(fā)明涉及一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法。
【背景技術(shù)】
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[0002]作為確定原型水力機(jī)械性能及進(jìn)行相應(yīng)水力學(xué)研究的重要手段，水力機(jī)械模型試驗(yàn)一直受到業(yè)界的高度重視。隨著水力機(jī)械模型設(shè)計(jì)加工水平特別是對水力機(jī)械模型試驗(yàn)精度要求的不斷提高，水力機(jī)械模型葉輪的密封間隙呈現(xiàn)出穩(wěn)步減小的趨勢。
[0003]由于水力機(jī)械模型葉輪處于軸系的末端距離支撐較遠(yuǎn)且為懸臂狀態(tài)，加之水力機(jī)械模型葉輪的轉(zhuǎn)速較高，不可避免地會在試驗(yàn)過程中發(fā)生輕微晃動的現(xiàn)象。由于水力機(jī)械模型葉輪密封間隙較小，某些極端情況下就會發(fā)生水力機(jī)械模型葉輪密封副間，特別是處于旋轉(zhuǎn)軸系最遠(yuǎn)端的水力機(jī)械模型葉輪下密封副----轉(zhuǎn)動部分和固定部分之間，的剮蹭現(xiàn)象。一旦發(fā)生水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間的剮蹭現(xiàn)象，由于葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生接觸摩擦，不但會對水力機(jī)械模型試驗(yàn)的試驗(yàn)精度造成影響，還會不同程度地對密封副的密封表面造成傷害。由于水力機(jī)械模型葉輪在水中工作，要確定水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間是否發(fā)生剮蹭現(xiàn)象，目前只能根據(jù)水力機(jī)械模型試驗(yàn)結(jié)果是否穩(wěn)定來間接推測。該方法不但判斷準(zhǔn)確率低，容易導(dǎo)致引起水力機(jī)械模型試驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定的真正原因被忽略，還在于一旦采用上述傳統(tǒng)的檢查方法懷疑發(fā)生葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間剮蹭現(xiàn)象的話，還需待水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺中的大量試驗(yàn)用水全部排光后，將葉輪拆卸下來觀察下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分工作表面是否出現(xiàn)擦傷才能最終確定。
[0004]上述傳統(tǒng)的檢查方法不僅需要浪費(fèi)大量的人力物力和時間，而且由于沒有一項(xiàng)可靠的實(shí)時現(xiàn)場檢查手段來判定是否確實(shí)有葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間剮蹭現(xiàn)象發(fā)生，往往將葉輪拆卸下來后才發(fā)現(xiàn)葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間未發(fā)生剮蹭現(xiàn)象，影響了正常的模型試驗(yàn)進(jìn)度。因此，有必要開發(fā)一種能夠在水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上，特別是在水力機(jī)械模型工作狀態(tài)下，實(shí)時準(zhǔn)確判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]I)將水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺調(diào)整至工作狀態(tài)；
[0007]2)使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定；
[0008]3)開啟頻閃光源；
[0009]4)調(diào)整頻閃光源的閃光頻率，使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)；
[0010]5)通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)；
[0011]6)如果通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察到的葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)為緩慢勻速運(yùn)動，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間無剮蹭現(xiàn)象發(fā)生;若葉輪葉片總體呈緩慢勻速運(yùn)動狀態(tài)，等時間間隔地出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片停滯或階躍現(xiàn)象，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象。
[0012]技術(shù)效果:
[0013]本發(fā)明公開一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法，首次實(shí)現(xiàn)了利用光學(xué)方法對水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象的實(shí)時檢測。
[0014]頻閃光源是一種閃光頻率可調(diào)的能夠按照設(shè)定頻率發(fā)出瞬間強(qiáng)閃光的專用設(shè)備。當(dāng)頻閃光源的閃光頻率恰好調(diào)至與水力機(jī)械模型的轉(zhuǎn)動頻率相同時，雖然此時水力機(jī)械模型葉輪葉片仍在高速旋轉(zhuǎn)，但人眼看上去卻如同葉片相對于水力機(jī)械模型固定部件而言呈現(xiàn)出靜止不動的狀態(tài)且水力機(jī)械模型葉輪葉片上的標(biāo)記清晰可見。這就是頻閃效應(yīng)原理。如果將頻閃光源的閃光頻率調(diào)整到與水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率相差5Hz之內(nèi)并保持該差值恒定，則此時仍在高速旋轉(zhuǎn)的水力機(jī)械模型葉輪葉片人眼看上去則呈現(xiàn)出緩慢勻速運(yùn)動狀態(tài)。
[0015]水力機(jī)械模型葉輪由上冠、若干葉片和下環(huán)幾個部件組成，葉片通過機(jī)械方式分別固定在上冠和下環(huán)上。從組成結(jié)構(gòu)可以看出，水力機(jī)械模型葉輪在旋轉(zhuǎn)方向上可以被看做一個彈性體:當(dāng)水力機(jī)械模型葉輪正常轉(zhuǎn)動時，水力機(jī)械模型葉輪上的葉片作為水能與機(jī)械能之間能量轉(zhuǎn)換的主要部件，始終受到一個恒定的作用力，葉片的微變形也是相同的。將頻閃光源通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口照射到旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片上，此時如果調(diào)整頻閃光源的閃光頻率使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)并通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)的話，就能夠觀察到的葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)為緩慢勻速運(yùn)動;而當(dāng)水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象時，水力機(jī)械模型葉輪上的葉片除了始終受到一個恒定的水作用力作為之外，還受到一個葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生剮蹭現(xiàn)象時產(chǎn)生的一個始終與葉輪運(yùn)動方向相反的阻力。水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象時，水力機(jī)械模型葉輪下環(huán)在旋轉(zhuǎn)過程中都會不斷重復(fù)著瞬間剮蹭----無剮蹭----瞬I B]剮蹭----無剮蹭......的過程。由于發(fā)生葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間的剮蹭現(xiàn)象均為點(diǎn)與點(diǎn)之間的接觸并不影響葉輪的正常轉(zhuǎn)動而僅僅是對葉輪下環(huán)這個結(jié)構(gòu)上的薄壁件施加了一個與葉輪運(yùn)動方向相反的阻力，這個力使葉輪下環(huán)產(chǎn)生了局部的可恢復(fù)的形變。由于葉輪下環(huán)的局部形變量極為有限，其能夠影響的葉片的數(shù)量有限，葉輪下環(huán)產(chǎn)生的形變僅僅能夠直接導(dǎo)致發(fā)生剮蹭處下環(huán)及與下環(huán)剮蹭處機(jī)械連接在一起的葉片發(fā)生相對顯著地局部形變而其他葉片則基本無形變發(fā)生。此時如果調(diào)整頻閃光源的閃光頻率使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)并通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)的話，則由于絕大部分葉片基本無形變發(fā)生，可以觀察到葉輪葉片總體呈緩慢勻速運(yùn)動狀態(tài)，而由于與葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生剮蹭處的葉片和下環(huán)處發(fā)生了相對顯著地局部形變，致使該葉片形狀及與其相鄰葉片的間距發(fā)生了變化，相對于水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率，也就是轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動頻率而言，發(fā)生形變的葉片發(fā)生了相位遲滯現(xiàn)象，也就是可以觀察到等時間間隔地出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片停滯或階躍的現(xiàn)象。
[0016]通過上述分析可以很清晰地勾畫出采用光學(xué)方法判定水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的具體步驟:當(dāng)頻閃光源通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口照射到旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片上且水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)時，如果葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)為緩慢勻速運(yùn)動，則水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間無剮蹭現(xiàn)象發(fā)生;如果等時間間隔地出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片停滯或階躍的現(xiàn)象，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象。
[0017]本發(fā)明首次公開了一種能夠在水力機(jī)械模型工作狀態(tài)下實(shí)時準(zhǔn)確判別水力機(jī)械模型葉輪下密封是否發(fā)生轉(zhuǎn)動剮蹭的方法。與傳統(tǒng)的通過水力機(jī)械模型外特性的降低來判定水力機(jī)械模型葉輪下密封是否發(fā)生轉(zhuǎn)動剮蹭的方法相比，不僅實(shí)時判定剮蹭是否發(fā)生的準(zhǔn)確率提高至100%，而且無需為最終確定是否發(fā)生水力機(jī)械模型葉輪下密封剮蹭現(xiàn)象而將水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺中大量試驗(yàn)用水全部排光，再將葉輪拆卸下來后才能做出最終判定，從而提高了水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺的使用率。
【具體實(shí)施方式】
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[0018]—種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法，其操作流程為:
[0019]I)將水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺調(diào)整至工作狀態(tài)；
[0020]2)使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定；
[0021]3)開啟頻閃光源；
[0022]4)調(diào)整頻閃光源的閃光頻率，使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)；
[0023]5)通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)；
[0024]6)如果通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察到的葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)為緩慢勻速運(yùn)動，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間無剮蹭現(xiàn)象發(fā)生;若葉輪葉片總體呈緩慢勻速運(yùn)動狀態(tài)，等時間間隔地出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片停滯或階躍現(xiàn)象，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種判別水力機(jī)械模型葉輪下密封轉(zhuǎn)動剮蹭的光學(xué)方法，其特征是:操作步驟如下: 1)將水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺調(diào)整至工作狀態(tài)； 2)使水力機(jī)械t吳型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定； 3)開啟頻閃光源； 4)調(diào)整頻閃光源的閃光頻率，使水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)速頻率與頻閃光源閃光頻率之差保持恒定且在5Hz之內(nèi)； 5)通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)； 6)如果通過水力機(jī)械模型試驗(yàn)臺上預(yù)留的觀察水力機(jī)械模型葉輪區(qū)域流動狀態(tài)的透明觀察窗口觀察到的葉輪葉片運(yùn)動狀態(tài)為緩慢勻速運(yùn)動，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間無剮蹭現(xiàn)象發(fā)生;若葉輪葉片總體呈緩慢勻速運(yùn)動狀態(tài)，等時間間隔地出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片停滯或階躍現(xiàn)象，則表明水力機(jī)械模型葉輪下密封副轉(zhuǎn)動部分和固定部分間發(fā)生了剮蹭現(xiàn)象。
【文檔編號】G01M13/02GK105928703SQ201610326112
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】王永潭, 趙越, 王振羽, 孔繁臣, 項(xiàng)德志, 韓四保, 王長營, 寇鳴禮, 王永峰, 明君, 張金偉, 劉登峰, 李正, 馬文豪, 趙偉, 趙英男, 劉智良, 郭全寶, 明亮, 聶文昭, 邵國輝, 徐用良, 馮韜行
【申請人】哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司, 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源控股有限公司, 松花江水力發(fā)電有限公司豐滿大壩重建工程建設(shè)局