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基于水下噪声测试对离心泵空化的分析研究

卿彪  
【摘要】:离心泵发生空化时,会在低压区产生空泡,在高压区溃灭,而空泡的溃灭会产生信号,而这些信号包含有空化的特征,因此对这些空化噪声信号进行研究是有必要的。空化信号是淹没在背景噪声当中的,以至于提取和分析是很困难的,目前虽然有很多的信号处理方法应用在信号的提取和分析当中,但是由于空化信号是属于微弱信号的范畴,因此,传统的信号处理方法存在很大的不足。因此本文对离心泵发生空化时的空化噪声信号进行采集,采用一种新的方法来对水下噪声信号进行分析,从中提取空化发生时的信号特征。本文研究的主要任务是对离心泵的空化进行研究,而目前应用数值模拟方法对空化的研究已经趋于成熟了,因此本文先采用数值模拟的方法对离心泵空化进行了研究,获得了离心泵的空化性能;而后对同型号的离心泵进行空化实验,采集离心泵发生空化时的噪声信号,采用功率谱分析法以及经验模态分解算法对空化噪声信号进行分析和提取,找出了空化信号的特征及其变化规律。通过对空化噪声信号进行功率谱的分析可以得知,空化信号在频域中的特征主要集中在低频段,而在中高频段没有明显特征,利用该方法可以很好地反映离心泵空化的发展过程,同时定义了两个功率阈值区间,由此可以定量地判断离心泵空化发展的程度。通过采用经验模态分解算法对空化噪声信号进行分析可知,在信号的分解分量当中都有突变脉冲分量存在,这说明利用该方法可以有效地在强背景噪声中检测到突变脉冲信号;通过对信号分解分量中的脉冲信号的数量进行统计可以发现,只有分解分量1中的脉冲信号数量随着空化的变化,是符合机理分析结果的。利用该方法同样可以很好地反映离心泵空化的发展过程,判断离心泵空化所处的阶段,同时该方法还可以定量地判断初生空化。最后将该方法得到的结果同数值模拟得到的结果进行了对比,两者的结果是相吻合的,这说明数值模拟得到的结果是正确的。


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