基于小波包的轴流泵装置进水流道出流脉动特性分析
发布时间：2021-07-21 05:14
为研究轴流泵装置进水流道出流压力脉动信号的能量及频谱特征,采用在进水流道出口设置脉动传感器的方法,对采集的脉动信号进行小波分解重构以提取脉动特征信息.结果表明:小流量工况时各测点压力幅值均方根最大,不同工况时各测点在分解重构的子频带（0～31.25Hz）内压力幅值均方根最大.各测点在分解重构的子频带（0～31.25Hz）内所具有的能量随流量的增加而增大,进水流道出口脉动能量主要集中于1倍转频所在的子频带.当偏离最优工况时,流道出口的脉动总能量将变大.各工况时进水流道出口脉动主频均为转频和叶片数的乘积,次主频存在差异.各子频带中脉动主频幅值均随流量的减小呈先减小后增大的趋势.
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2020,28(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
立式泵装置能量性能重复性试验结果
为分析不同流量时肘形进水流道出口的脉动特性,参考文献[18-21]的结论,轴流泵进口的脉动频谱均为转频的倍数且以低频为主,运用小波包理论将脉动信号分解到不同尺寸上,每个尺寸上的分量反映了原信号的不同频带,为此选取daubechies5小波作为母小波,该小波正交性好,且具有一定的光滑性,能较好地适应脉动信号的分析,兼顾轴流泵的叶频和转频特性,将肘形进水流道出口脉动信号进行4层小波包分解,分别提取第4层从低频到高频的信号特征.压力脉动试验采样频率为1 000Hz,由奈奎斯特采用定理可知最高分析频率为500Hz,含16个频带,每个小波包的频率带宽为31.25Hz,通过高通滤波采样的分量的频率顺序要翻转一次[18],最终的频谱顺序形成格雷码的顺序,即频带顺序为S4j(j=0,1,3,2,6,7,5,4,12,13,15,14,10,11,9,8).肘形进水流道出口脉动小波包的4层分解树如图3所示.3.1 脉动信号的小波包分解
立式轴流泵装置能量性能试验的测试方法依据SL140—2006《水泵模型及装置模型验收试验规程》,采用压差变送器测量泵装置的扬程,电磁流量计测取流量,通过二次仪表的信号转换直接采集扭矩、转速、扬程和流量的信号数据.为研究不同工况时肘形进水流道出口段不同位置的脉动特性,在进水流道出口壁面共布置3个传感器,以捕捉轴流泵与进水流道内流相互干扰引发的脉动信号,相邻两传感器的夹角为120°,各传感器安装位置距叶轮中心线的垂直距离为0.125倍的叶轮名义直径,3个脉动传感器信号的同步采集通过485集线器和数据采集软件来实现,压力脉动信号与立式轴流泵装置能量性能数据采集同步进行.水力机械试验台与压力脉动传感器如图1所示.压力脉动信号分析常采用傅立叶变换方法,该方法是一种窗口函数固定不变的分析方法,具有无法反映信号的非平稳、持续时短、时域和频域局部化等弊端.小波包方法是在小波分析基础上延伸出的一种对信号更细致的分解与重构方法,通过高低通滤波器对高频和低频部分分别进行分解,小波包分解能根据信号特性和分析要求自适应地选择相应频带,并与信号频谱相匹配.本文采用母小波将信号分解到指定层数,再对各节点的重构脉动信号进行快速傅里叶变换可达到克服单独采用快速傅里叶变换在脉动信号分析中存在的局限性、时空域上无任何分辨和不能做局部分析的缺点的目的,小波包分解重构的计算式如文献[22]所述,本文不再赘述.当立式轴流泵装置运行工况发生变化,肘形进水流道出口的脉动时域信号也随之变化,脉动信号所具有的能量也将改变,各子频带的能量可有效反映肘形进水流道和轴流泵间内流相互干扰的脉动特征.
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡带工况下轴流泵装置内部脉动特性数值分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,夏臣智,金燕. 应用基础与工程科学学报. 2017(04)
[2]Statistical Characteristics of Suction Pressure Signals for a Centrifugal Pump under Cavitating Conditions[J]. LI Xiaojun,YU Benxu,JI Yucheng,LU Jiaxin,YUAN Shouqi. Journal of Thermal Science. 2017(01)
[3]肘形进水流道水力优化仿真计算与试验[J]. 张驰,李彦军,蒋红樱,袁建平. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[4]双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究[J]. 刘超,周庆连,钱均,金燕,谢传流. 农业机械学报. 2016(10)
[5]叶轮参数对泵出口压力脉动的影响[J]. 柴立平,叶欢,任志明,李辉. 排灌机械工程学报. 2016(08)
[6]竖井与轴伸贯流泵装置水力特性比较[J]. 谢荣盛,汤方平,刘超,杨帆,石丽建,谢传流. 农业工程学报. 2016(13)
[7]低比转数混流泵导叶内部压力脉动特性研究[J]. 翟杰,祝宝山,李凯,王旭鹤,曹树良. 农业机械学报. 2016(06)
[8]S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究[J]. 杨帆,刘超,汤方平,罗灿,陈锋. 流体机械. 2015(01)
[9]不同转速下轴流泵压力脉动试验[J]. 施卫东,姚捷,张德胜,吴苏青,王海宇. 农业机械学报. 2014 (03)
[10]泵站前置竖井进水流道三维湍流数值模拟与模型试验[J]. 陈松山,颜红勤,周正富,何钟宁,王亮. 农业工程学报. 2014(02)
本文编号：3294387
【文章来源】：应用基础与工程科学学报. 2020,28(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
立式泵装置能量性能重复性试验结果
为分析不同流量时肘形进水流道出口的脉动特性,参考文献[18-21]的结论,轴流泵进口的脉动频谱均为转频的倍数且以低频为主,运用小波包理论将脉动信号分解到不同尺寸上,每个尺寸上的分量反映了原信号的不同频带,为此选取daubechies5小波作为母小波,该小波正交性好,且具有一定的光滑性,能较好地适应脉动信号的分析,兼顾轴流泵的叶频和转频特性,将肘形进水流道出口脉动信号进行4层小波包分解,分别提取第4层从低频到高频的信号特征.压力脉动试验采样频率为1 000Hz,由奈奎斯特采用定理可知最高分析频率为500Hz,含16个频带,每个小波包的频率带宽为31.25Hz,通过高通滤波采样的分量的频率顺序要翻转一次[18],最终的频谱顺序形成格雷码的顺序,即频带顺序为S4j(j=0,1,3,2,6,7,5,4,12,13,15,14,10,11,9,8).肘形进水流道出口脉动小波包的4层分解树如图3所示.3.1 脉动信号的小波包分解
立式轴流泵装置能量性能试验的测试方法依据SL140—2006《水泵模型及装置模型验收试验规程》,采用压差变送器测量泵装置的扬程,电磁流量计测取流量,通过二次仪表的信号转换直接采集扭矩、转速、扬程和流量的信号数据.为研究不同工况时肘形进水流道出口段不同位置的脉动特性,在进水流道出口壁面共布置3个传感器,以捕捉轴流泵与进水流道内流相互干扰引发的脉动信号,相邻两传感器的夹角为120°,各传感器安装位置距叶轮中心线的垂直距离为0.125倍的叶轮名义直径,3个脉动传感器信号的同步采集通过485集线器和数据采集软件来实现,压力脉动信号与立式轴流泵装置能量性能数据采集同步进行.水力机械试验台与压力脉动传感器如图1所示.压力脉动信号分析常采用傅立叶变换方法,该方法是一种窗口函数固定不变的分析方法,具有无法反映信号的非平稳、持续时短、时域和频域局部化等弊端.小波包方法是在小波分析基础上延伸出的一种对信号更细致的分解与重构方法,通过高低通滤波器对高频和低频部分分别进行分解,小波包分解能根据信号特性和分析要求自适应地选择相应频带,并与信号频谱相匹配.本文采用母小波将信号分解到指定层数,再对各节点的重构脉动信号进行快速傅里叶变换可达到克服单独采用快速傅里叶变换在脉动信号分析中存在的局限性、时空域上无任何分辨和不能做局部分析的缺点的目的,小波包分解重构的计算式如文献[22]所述,本文不再赘述.当立式轴流泵装置运行工况发生变化,肘形进水流道出口的脉动时域信号也随之变化,脉动信号所具有的能量也将改变,各子频带的能量可有效反映肘形进水流道和轴流泵间内流相互干扰的脉动特征.
【参考文献】：
期刊论文
[1]涡带工况下轴流泵装置内部脉动特性数值分析[J]. 杨帆,赵浩儒,刘超,夏臣智,金燕. 应用基础与工程科学学报. 2017(04)
[2]Statistical Characteristics of Suction Pressure Signals for a Centrifugal Pump under Cavitating Conditions[J]. LI Xiaojun,YU Benxu,JI Yucheng,LU Jiaxin,YUAN Shouqi. Journal of Thermal Science. 2017(01)
[3]肘形进水流道水力优化仿真计算与试验[J]. 张驰,李彦军,蒋红樱,袁建平. 排灌机械工程学报. 2016(10)
[4]双向流道立轴潜水泵系统流动特性研究[J]. 刘超,周庆连,钱均,金燕,谢传流. 农业机械学报. 2016(10)
[5]叶轮参数对泵出口压力脉动的影响[J]. 柴立平,叶欢,任志明,李辉. 排灌机械工程学报. 2016(08)
[6]竖井与轴伸贯流泵装置水力特性比较[J]. 谢荣盛,汤方平,刘超,杨帆,石丽建,谢传流. 农业工程学报. 2016(13)
[7]低比转数混流泵导叶内部压力脉动特性研究[J]. 翟杰,祝宝山,李凯,王旭鹤,曹树良. 农业机械学报. 2016(06)
[8]S形下卧式轴伸贯流泵装置叶片区压力脉动特性研究[J]. 杨帆,刘超,汤方平,罗灿,陈锋. 流体机械. 2015(01)
[9]不同转速下轴流泵压力脉动试验[J]. 施卫东,姚捷,张德胜,吴苏青,王海宇. 农业机械学报. 2014 (03)
[10]泵站前置竖井进水流道三维湍流数值模拟与模型试验[J]. 陈松山,颜红勤,周正富,何钟宁,王亮. 农业工程学报. 2014(02)
本文编号：3294387
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