得了较大进展，但是对于空蚀破坏的机理尚存在争
议，两种主要观点分别为微型射流理论和冲击波理
论_6 J。大量微型射流或冲击波作用于叶片和管壁，
形成的冲击振动信号中含有范围在20 kHz～1 MHz的
高频声发射信号，并通过水力、机械系统传播。通过
对声发射高频信号的提取与分析，既能克服低频信号
的干扰，又能准确地诊断水轮机发生空化的位置和严
重程度等信息 j。国外采用声发射技术检测水轮机
空化空蚀故障的研究始于20世纪80年代，而国内这
方面的研究工作在进入2l世纪以后才出现。
2。1 水轮机空蚀声发射信号特征研究
Derakhshan等 提取了水轮机空蚀声发射信号的
均方根(RMS)，并得到了RMS相对值随导叶开度变
化的关系曲线。Abbot等 在确定水轮机空蚀程度与
高频加速度等级具有相关性的基础上，最早采用了幅
值解调技术进行大型水轮机的空蚀监测。Escaler
等 对某最大出力为65 MW 的混流式水轮机中尾水
涡带引起的空腔空蚀进行了监测，得到了在不同出力
条件下反映空化空蚀状态的声发射信号的变化规律。
Rus等 。。基于声发射、振动和噪声等手段对某轴流
式模型水轮机的空蚀状态进行研究时发现：随着空化
数的下降，声发射信号的叶片流道调制等级相对值先
上升并到达某局部最大，然后下降至某局部最小，最
后再次上升。采用计算机可视化监视技术也验证了这
一结论。
王辉斌、卢文秀等 ’“ 根据水轮机空蚀声发射
信号的随机性和裂纹、碰摩声发射信号的周期性，提
出了“脉冲重复率”和“声强烈度”两种特征指标。前
者为单位时间内时间轴上声发射脉冲信号重复出现的
概率，可区分空蚀和其他两种故障；后者则从能量观
点直接反映物体的声发射强度，克服了计数法的不
足。
2．2 水轮机空蚀监测装置研发
Rus等 。。同时采集某轴流式水轮机的声发射、
水声计和振动加速度信号来监测空化空蚀现象。其
中，型号为Kistler 8152A1的声发射传感器安装在转
轮室进口的法兰平面上。所有信号经5125 A型耦合
器调理后进入精度为12 Bits、最高采样频率为1 MHz
的PCI一61IOE A／D数据采集卡。数据采集及后续信
号处理在LabVIEW软件平台下完成。Escaler等 1 将
谐振频率为200 kHz的声发射传感器布置在与来水方
向一致的混流式水轮机水导轴承上部，信号经调理及
滤波后进入RACAL V型数据记录仪；在实验室模型
水轮机测试时，则选用了单通道采样频率为50 kHz
50
的LeCroy 6810型数据采集装置。
3 水轮机转轮叶片裂纹监测与诊断
混流式水轮机的转轮叶片更容易出现规律性的疲
劳裂纹¨ 。在由卡门涡列、水力弹性振动或水压脉
动所诱发的交变载荷的作用下，叶片金属材料会产生
塑性变形而造成应力集中。当受外力作用使得存储的
形变弹性能超过临界应力时，裂纹即出现并扩展，同
时伴随着弹性波(声发射信号)的扩散，迅速释放其
内部积累的应变能¨ 。因此，可以在强大的背景噪
音和电磁干扰下采用声发射技术对转轮叶片裂纹的产
生和发展进行在线动态监测和识别。国外这方面的研
究尚未见于报道，国内近几年才出现相关的研究成
果。
3．1 叶片裂纹声发射信号特征研究
根据裂纹与碰摩故障的声发射原理和信号特征频
段的不同，王辉斌、卢文秀等 ，“ 对声发射信号进
行小波包分解，基于裂纹和碰摩故障的特征频率区间
采用重构技术分别还原它们的时域波形图，并进行声
强烈度计算，对二者的状态进行了分析评价。经过在
东江水电厂2号机组上的现场测试，得到了空化、裂
纹和碰摩状态下的声强烈度随负荷和时间变化的趋势
图。后续的检修工作验证了该分析结果。
周静等 选用db6小波对经DSP技术预处理过
的转轮裂纹信号进行3层分解与重构，提取了若干重
要的特征参数，如声发射事件计数、振铃计数、发生
时间、上升时间、幅度、峰值、保持时间、能量等。
这些参数与美国PAC公司SAMOS系统的分析结果基
本相符。
吴广辉等 对某水电机组在启动、升速和降速
等不同运行工况下的叶片裂纹声发射信号和振动信号
