振动法在离心泵空化诊断中的应用研究

摘要

离心泵具有适用范围广、维修便利、结构简单等优点，应用领域极其广泛。空化这一世纪难题，不仅限制了泵的发展趋势，还会影响泵的有效运行和安全稳定性。为了保证离心泵在汽蚀状态下能够可靠运行，了解空化初生的产生机理很有必要。如果能够准确检测出离心泵空化初生阶段，那么就可以采取一些有效措施，以减少空化对离心泵产生的危害，延长泵的运行寿命。
　　本文首先介绍了离心泵空化试验系统，包括试验装置与数据采集系统，并阐述了试验方案与步骤。对离心泵外特性试验数据进行初步分析，并利用空化诱导振动信号的均方根值(RMS)与功率谱密度(PSD)两种数值统计方法对振动特性进行分析与研究。
　　其次，由于空化诱导振动信号具有随机性与离散性，传统的傅里叶变换并不适用于振动信号的分析。而小波分析由于其自适应性与多分辨分析等优点，更适合处理空化诱导振动信号。本文利用小波分析对离心泵内部空化状态进行分析研究，处理方式主要包括小波分解及各阶小波系数重构信号频谱。
　　最后，对Wigner-Ville分布(WVD)的优缺点展开研究，针对其处理多分量信号时存在交叉干扰项这一问题，结合短时傅里叶变换(STFT)的优缺点及其定义，验证将STFT作为理想模板的可能性，基于此提出创新的联合时频算法STFT-WVD，并采用一组多分量信号对其可行性进行验证。对试验数据进行预处理，并结合汽蚀性能曲线与振动信号的功率谱分析，得出不同空化状态所对应的工况。通过利用STFT与联合时频算法STFT-WVD对空化诱导振动信号作进一步时频分析。

目录

声明

摘要

1．1 课题研究背景及意义

1．2 汽蚀基本理论

1．2．1 汽蚀的产生机理

1．2．2 空泡动力学方程

1．3 常用的汽蚀诊断方法

1．4 国内外研究现状及发展趋势

1．5 研究内容

1．6 本章小结

第二章 离心泵模拟空化试验研究

2．1 离心泵空化试验系统

2．1．1 试验装置

2．1．2 数据采集系统

2．2 试验方案与步骤

2．3．1 离心泵外特性试验数据

2．3．2 空化诱导振动特性试验结果及分析

2．4 本章小结

第三章 基于小波的汽蚀信号分析

3．1 小波能量分析原理

3．1．1 小波函数

3．1．2 小波变换

3．1．3 多分辨分析和Mallat算法

3．1．4 小波包分解

3．2 试验数据预处理

3．3 空化诱导振动信号处理结果与分析

3．3．1 利用小波分解分析空化诱导振动信号

3．3．2 利用各阶小波系数重构振动信号频谱

3．4 本章小结

第四章 空化诱导振动信号的联合时频分析

4．1．2 Wigner-Ville分布中的交叉干扰项问题

4．2 联合时频算法STFT-WVD与其验证

4．2．1 联合时频算法STFT-WVD的提出

4．2．2 联合时频算法STFT-WVD的验证

4．3 试验数据预处理

4．4 非定常空化现象的时频特性

4．4．2 基于STFT-WVD的时频分析

4．5 本章小结

5．1 研究总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果