一种大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法

1.本发明属于泵站优化技术领域，具体涉及一种大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法。


背景技术：

2.近年来，全球变暖导致极端天气显著增加。城市下水道系统排水能力不足，水位迅速上升，往往使城市面临洪水和内涝的风险。为了快速缓解洪涝灾害，大城市广泛建设大型泵站。在城市排水泵站中，轴流泵因其结构相对简单，在低水头区段性能良好而得到了广泛的应用。在立式轴流泵、卧式轴流泵和斜式轴流泵中，斜式轴流泵因其结构简单、紧凑，具有建造成本低、维修方便、运行性能优越等优点，具有广阔的应用前景，越来越多地被城市排水泵站所采用。斜式轴流泵的倾斜结构会导致一些特定的运动特性，影响泵的安全性，但目前有关斜式轴流泵的研究忽略了这一点。泵的过渡过程，如开机、关机和流量调整，会使泵系统在运行过程中伴随着最大的不稳定性，所以过渡过程对泵来说是非常重要的。如果处理不当，可能会出现严重的振动、噪声、空化现象，导致泵和管道系统损坏，最终导致泵站故障。此外近年来极端天气的激增也给水泵的过渡过程带来了更多的不确定性。因此，应特别重视大型泵站的过渡过程的安全性。
3.在斜式轴流泵的所有过渡过程中，停机过渡过程由于叶轮不受电机控制只受水力作用，在较大反向水流的作用下容易出现反转，所以停机过渡过程需要特别关注。闸门是轴流式泵站非常重要的部件，其在启动和停机的过程中通过控制升降速度来控制流量的大小，合适的闸门速度控制可以保证泵站过渡过程的安全性。如果设计不当，闸门将遭受巨大的冲击和脉动，导致闸门和壁面之间的摩擦和磨损，降低闸门的使用寿命。因此，研究叶轮和闸门的协同控制方案对泵站性能的影响，是非常有必要的。
4.过渡过程的研究方法包括试验方法和数值计算方法。与试验方法相比，大型机组的数值计算方法可以避免试验造成的机组损伤，正在被越来越多的采用。数值计算又包括一维计算和三维计算。一维计算速度很快，但是一维计算的可信度不如三维计算。随着计算机技术的发展，利用cfd进行大型泵站机组的三维精确计算成为了可能。近十年来，国内外基于cfd方法开展了一系列大型泵站过渡过程的研究。然而，在这些研究中，没有提及带有闸门运动下的斜式轴流泵停机过渡过程研究，这使得对斜式轴流泵的过渡过程特性分析缺乏参考。同时，以往的三维研究忽略了不同叶轮和闸门协同控制方案的影响，无法为泵站机组提供合理的叶轮和闸门调节参考。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提供一种大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法。
6.本发明所采用的具体技术方案如下：
7.一种大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法，其包括：
8.s1、从斜式轴流泵站的三维模型中抽取泵站的水体模型作为计算域，对计算域进行网格划分；
9.s2、在斜式轴流泵站在闸门的关闭速度控制范围内抽样多个闸门关闭速度值，从而对应得到多套停机过程叶轮和闸门的协同控制方案；每一套协同控制方案中，闸门从全开状态开始按照对应采样的闸门关闭速度值执行下降关闭，叶轮在闸门开始下降关闭时停止动力输出；
10.s3、依次将s2中的每一套协同控制方案作为目标协同控制方案，在流体仿真软件中分别进行数值模拟，得到每一套协同控制方案各自对应的模拟数据；其中对于目标协同控制方案进行数值模拟过程如下：
11.首先，在流体仿真软件中，按照水体模型中上下游水池的水头情况设定用于确定进出口压力梯度边界条件的第一udf程序，根据叶轮的力矩平衡方程设定在每一个时间步中计算叶轮转速的第二udf程序，根据目标协同控制方案中的闸门关闭速度值设定瞬态模拟过程中通过闸门下降速度控制函数计算闸门开度的第三udf程序；
12.然后，在流体仿真软件中设定计算域中需要实时监测斜式轴流泵的特性参数，其中特性参数包括：叶轮的轴向力、两个径向方向上力、轴向扭矩和两个径向方向上的扭矩，以及叶轮前、叶轮和导叶中间、导叶后三个位置点的压力脉动信号，以及叶轮的转速和泵出口处的流量；
13.最后，在设定好监测的特性参数基础上，在闸门全开且叶轮转速不变状态下先对泵不断进行稳态计算，直至计算到特性参数趋于稳定后再开始加载第一udf程序、第二udf程序和第三udf程序进行开始模拟停机过渡过程，停机过渡过程开始模拟时泵叶轮只受水力作用，同时闸门开始按照设定闸门关闭速度值匀速下降，闸门下降过程中根据预先设置的时间步长和总计算时间对整个计算域开始逐步长进行瞬态数值计算，其中闸门的关闭模拟通过动网格技术实现，叶轮的运动模拟通过多重参考系(mrf)实现；计算完所有时间步长后得到整个停机过渡过程中所述特性参数的时序数据；
14.s4、对于所有协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的所述时序数据中提取叶轮在三个方向上的力以及扭矩，以此对斜式轴流泵进行力学特性分析，选择满足预设力学特性标准的协同控制方案作为备选协同控制方案，剔除不满足预设力学特性标准的协同控制方案；
15.s5、对于所述备选协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的所述时序数据中提取叶轮前、叶轮和导叶中间、导叶后三个位置点的压力脉动信号，对压力脉动信号的时间序列数据进行短时傅里叶变换(stft)处理，以此对斜式轴流泵进行停机过渡过程中泵内压力脉动情况分析，选择满足预设泵内压力脉动标准的备选协同控制方案作为最终协同控制方案，用于对大型斜式轴流泵站过渡过程中的叶轮和闸门进行协同控制。
16.作为优选，所述s1中，利用ug软件从斜式轴流泵站的三维模型中抽取泵站的水体模型，从而建立泵站的数值计算网格模型。
17.作为优选，所述s1中，利用icem网格划分软件将整个计算域划分六面体结构化网格
18.作为优选，所述s2中，通过均匀抽样的方式在所述关闭速度控制范围内抽样多个闸门关闭速度值。
19.进一步的，所述s2中，闸门关闭速度值的抽样数量为5～10个。
20.作为优选，所述流体仿真软件为fluent流体仿真软件。
21.作为优选，所述s3中，所有协同控制方案在进行数值模拟过程中采用的第一udf程序和第二udf程序相同，第三udf程序不同。
22.作为优选，所述预设力学特性标准包括轴向力标准和径向扭矩标准；所述轴向力标准为叶轮的轴向力时域曲线中反向轴向力峰值不超过重力在轴向的分力，或者反向轴向力峰值超过重力在轴向的分力的量低于第一阈值；所述径向扭矩标准为叶轮的水平径向扭矩时域曲线中脉动段的峰值平均值不超过第二阈值。
23.作为优选，所述预设泵内压力脉动标准为：对于叶轮和导叶中间的位置点的压力脉动信号，从其短时傅里叶变换(stft)处理结果中提取到的压力脉动最大强度不超过第三阈值。
24.作为优选，所述的第一阈值、第二阈值和第三阈值通过斜式轴流泵站的实际工况试验确定最优值。
25.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
26.本发明通过建立大型斜式泵站的高精度数值计算网格模型，能够保证了计算的精度。而且，本发明可以基于叶轮和闸门的协同控制得出了斜式轴流泵站的停机过渡过程的性能特点，同时基于三维数值计算可以分析不同叶轮和闸门协同控制方案对斜式轴流泵站停机过渡过程性能的影响，进而能够更好地实现叶轮和闸门协同控制方案的筛选，保证斜式轴流泵站停机过渡过程中泵的结构安全，提高泵的寿命。
附图说明
27.图1为斜式轴流泵站模型示意图；
28.图2为高精度的泵站数值计算网格模型；
29.图3为基于udf编写的上，下游水池的压力梯度边界条件；
30.图4为压力监测的三个位置点；
31.图5为斜式轴流泵停机过渡过程数值计算流程图；
32.图6为力学特性曲线分析图，其中(a)轴向力随时间变化情况，(b)轴向扭矩随时间变化情况，(c)两个径向方向上扭矩随时间的变化情况；
33.图7为五种方案下三个监测点处的压力脉动信号的stft。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
35.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。本发明各个实施例中的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述目的，而
不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
37.本发明中，基于闸门和转子协同控制的斜式轴流泵站过渡过程数值计算可以得到泵站在过渡过程中的一些特有属性，可以预测泵站在过渡过程中的稳定性和安全性。常见的过渡过程分析包括外特性分析，压力脉动分析，流场特性分析。为了便于理解，本发明在详细介绍技术方案之前，先对闸门和转子协同控制相关的部分技术术语进行解释：
38.1.cfd数值计算技术。
39.cfd，即计算流体动力学，是流体力学的一个分支。cfd是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物。是一门具有强大生命力的交叉科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值试验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。本项目中用于计算斜式轴流泵站的停机过渡过程。
40.2.动网格技术和mrf技术。
41.动网格技术在仿真模拟领域有着广泛的应用，它能有效解决计算域变形运动时的模拟计算问题。在本项目中用于模拟闸门的下降过程。mrf，即多重参考系，可以保证在网格不变形的情况下模拟物体的运动，本项目中用于模拟叶轮的转动运动。这两种技术是实现叶轮和闸门协同控制的重要前提。
42.3.stft信号处理技术。
43.stft，即短时傅里叶变换，是一种脉动信号处理技术。短时傅立叶采用滑动窗口机制，设定窗口大小和步长，让窗口在时域信号上滑动，分别计算每个窗口的傅立叶变换，形成了不同时间窗口对应的频域信号，拼接起来就成为了频率随时间变化的数据(时频信号)。由于stft具有可以得到信号的频率和振幅随时间的变化情况，在本项目中应用于分析压力脉动信号。
44.4.udf技术。
45.udf，即用户自定义函数，是一个c函数，可以通过仿真软件求解程序动态加载该函数以增强其标准功能。通过udf编写程序对仿真软件进行二次开发，自定义仿真中一些复杂的情况，在本项目中用于闸门和转子在仿真中的协同控制。
46.另外，如图1所示，为本发明中斜式轴流泵站的典型结构，其主要包括的结构有：下游水池，上游水池，进口流道，泵段，出口流道以及闸门，其中闸门和叶轮是过渡过程计算过程中的重要部件，也是本发明中的控制对象。本发明中模拟过程中关注的关键是叶轮，叶轮是泵的核心部件，其受力会直接对泵的寿命产生影响。
47.在本发明的一个较佳实施例中，提供了一种大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法，其具体步骤如下：
48.s1、从斜式轴流泵站的三维模型中抽取泵站的水体模型作为计算域，对计算域进行网格划分。
49.在本发明中，可以利用ug软件从斜式轴流泵站的三维模型中抽取泵站的水体模型，从而建立泵站的数值计算网格模型。
50.在本发明中，可以利用icem网格划分软件将整个计算域划分六面体结构化网格
51.s2、在斜式轴流泵站在闸门的关闭速度控制范围内抽样多个闸门关闭速度值，从而对应得到多套停机过程叶轮和闸门的协同控制方案；每一套协同控制方案中，闸门从全
开状态开始按照对应采样的闸门关闭速度值执行下降关闭，叶轮在闸门开始下降关闭时停止动力输出。
52.在本发明中，可以通过均匀抽样的方式在所述关闭速度控制范围内抽样多个闸门关闭速度值。
53.在本发明中，闸门关闭速度值具有更多的抽样点将使得模拟更具有代表性，但是考虑到效率问题，可设置范围内闸门关闭速度值抽样数量为5～10个。
54.s3、依次将s2中的每一套协同控制方案作为目标协同控制方案，在流体仿真软件中分别进行数值模拟，得到每一套协同控制方案各自对应的模拟数据；其中对于目标协同控制方案进行数值模拟过程如下：
55.首先，在流体仿真软件中，按照水体模型中上下游水池的水头情况设定用于确定进出口压力梯度边界条件的第一udf程序，根据叶轮的力矩平衡方程设定在每一个时间步中计算叶轮转速的第二udf程序，根据目标协同控制方案中的闸门关闭速度值设定瞬态模拟过程中通过闸门下降速度控制函数计算闸门开度的第三udf程序；
56.然后，在流体仿真软件中设定计算域中需要实时监测斜式轴流泵的特性参数，其中特性参数包括：叶轮的轴向力、两个径向方向上力、轴向扭矩和两个径向方向上的扭矩，以及叶轮前、叶轮和导叶中间、导叶后三个位置点的压力脉动信号，以及叶轮的转速和泵出口处的流量；
57.最后，在设定好监测的特性参数基础上，在闸门全开且叶轮转速不变状态下先对泵不断进行稳态计算，直至计算到特性参数趋于稳定后再开始加载第一udf程序、第二udf程序和第三udf程序进行开始模拟停机过渡过程，停机过渡过程开始模拟时泵叶轮只受水力作用，同时闸门开始按照设定闸门关闭速度值匀速下降，闸门下降过程中根据预先设置的时间步长和总计算时间对整个计算域开始逐步长进行瞬态数值计算，其中闸门的关闭模拟通过动网格技术实现，叶轮的运动模拟通过多重参考系(mrf)实现；计算完所有时间步长后得到整个停机过渡过程中所述特性参数的时序数据，即前述的模拟数据。
58.在本发明中，可以采用的流体仿真软件为fluent流体仿真软件。
59.在本发明中，可以所有协同控制方案在进行数值模拟过程中采用的第一udf程序和第二udf程序相同，第三udf程序不同。
60.s4、对于所有协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的所述时序数据中提取叶轮在三个方向上的力以及扭矩，以此对斜式轴流泵进行力学特性分析，选择满足预设力学特性标准的协同控制方案作为备选协同控制方案，剔除不满足预设力学特性标准的协同控制方案。
61.s5、对于所述备选协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的所述时序数据中提取叶轮前、叶轮和导叶中间、导叶后三个位置点的压力脉动信号，对压力脉动信号的时间序列数据进行短时傅里叶变换(stft)处理，以此对斜式轴流泵进行停机过渡过程中泵内压力脉动情况分析，选择满足预设泵内压力脉动标准的备选协同控制方案作为最终协同控制方案，用于对大型斜式轴流泵站过渡过程中的叶轮和闸门进行协同控制。
62.在本发明中，上述预设力学特性标准和预设泵内压力脉动标准需要根据斜式轴流泵站中斜式轴流泵自身对于力学特性和泵内压力脉动的耐受情况进行确定，以保证泵的结构不会疲劳损失，延迟泵的使用寿命为准。
63.作为本发明的一种较佳实现方式，预设泵内压力脉动标准包括轴向力标准和径向扭矩标准；所述轴向力标准为叶轮的轴向力时域曲线中反向轴向力峰值不超过重力在轴向的分力，或者反向轴向力峰值超过重力在轴向的分力的量低于第一阈值；所述径向扭矩标准为叶轮的水平径向扭矩时域曲线中脉动段的峰值平均值不超过第二阈值。
64.作为本发明的一种较佳实现方式，预设泵内压力脉动标准为：对于叶轮和导叶中间的位置点的压力脉动信号，从其短时傅里叶变换(stft)处理结果中提取到的压力脉动最大强度不超过第三阈值。
65.需要注意的是，上述第一阈值、第二阈值和第三阈值需要通过斜式轴流泵站的实际工况试验确定最优值，不同的斜式轴流泵站的三个阈值可能是不同的，需要根据泵的自身结构和材料特点而定。
66.下面将上述s1～s5所示的大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法，应用于一个具体实例中，以展示其所能实现的技术效果。
67.实施例
68.如图1所示，展示了本实例中斜式轴流泵站的结构，其主要包括的结构有：下游水池，上游水池，进口流道，泵段，出口流道以及闸门，其中闸门和叶轮是过渡过程计算过程中的重要部件。本实例中的叶轮的轴为斜20度的结构。闸门为双闸门。在停机过渡过程开始计算之前，先对泵进行稳态计算，稳态计算时叶轮转速不变，闸门全开。当计算到泵的特性参数基本不变之后，在此基础上进行停机过渡过程的计算。让泵叶轮只受水力作用，同时闸门开始匀速下降。
69.下面对本实施例中，大型斜式轴流泵站过渡过程协同控制方法的具体流程进行详细描述，其过程如下：
70.步骤1、根据图1所示的斜式轴流泵站的三维模型，利用ug软件抽取泵站的水体模型。然后，利用icem网格划分软件，对整个计算域划分六面体结构化网格，建立泵站的高精度数值计算网格模型(计算域)。建立完成的数值计算网格模型如图2所示，其计算域包含叶轮域和导叶域。
71.步骤2、为了模拟闸门下降速度对斜式轴流泵站停机过渡过程的影响，根据泵站对闸门速度的上限和下限要求，在闸门的关闭速度控制范围采用均匀抽样的方式选取5种闸门关闭速度值，分别针对每种闸门关闭速度值设计停机过程叶轮和闸门的协同控制方案。从闸门速度最慢到最快分别为命名方案1，方案2，方案3，方案4，方案5，后续对五种方案分别进行数值计算。每一套协同控制方案中，闸门从全开状态开始按照对应采样的闸门关闭速度值执行下降关闭，叶轮在闸门开始下降关闭时停止动力输出，即不存在轴提供的驱动力，只受水力作用。
72.步骤3、依次将步骤2中的每一套协同控制方案作为目标协同控制方案，在流体仿真软件fluent中分别进行数值模拟，得到每一套协同控制方案各自对应的模拟数据。其中对于目标协同控制方案进行数值模拟过程如下：
73.步骤3.1：编写进出口压力梯度边界条件udf(即第一udf程序)，并加载在进出口边界上。根据进水池和出水池的水深，在udf中编写计算进口和出口压力大小的压力梯度函数。在fluent中对进口边界和出口边界赋予压力梯度边界条件，压力值由加载的udf确定。五种方案的进出口边界条件相同。
74.步骤3.2：基于udf编写瞬态计算过程中闸门下降速度控制函数，与动网格相结合进行闸门下降的变形控制，即形成第三udf程序。当闸门开度小于或者等于0的时候，表示闸门完全关闭了，这个时候闸门的运动就视为停止了。其中根据闸门下降速度控制函数计算闸门开度的公式如式(1)所示：
75.δh＝g
h-v
×
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
76.其中，t，v，δh，和gh分别表示总的计算时间，闸门的速度，闸门的开度，闸门的总高度。
77.步骤3.3：根据力矩平衡方程编写叶轮在每一个时间步转速计算的udf程序(即第二udf程序)。力矩平衡方程的推导过程如下式(2)到式(3)所示：
[0078][0079][0080]
其中，wi，w
i 1
，δt，mh，mf，和j分别表示上一个时间步的转速，下一个时间步的转速，时间步长，叶轮受到的水力矩，轴承处的摩擦力矩，以及叶轮的转动惯量。其中wi，δt，mh，mf可从上一个时间步的模拟结果中获得，δt和j为已知量。
[0081]
三个udf程序编写完成后，即可加载并赋予为叶轮的转速控制和闸门的下降速度控制。
[0082]
步骤3.4：在fluent中设定计算域中需要实时监测斜式轴流泵的特性参数，包括：进口流道前和出口流道后的截面的压力和速度参数，叶轮的轴向力(图1中x方向)和两个径向方向上(图1中y和z方向)力，轴向扭矩(图1中x方向)和两个径向方向(图1中y和z方向)上的扭矩，叶轮前、叶轮和导叶的中间、导叶后三个位置点(如图4所示点1，点2，点3三个位置)的压力脉动信号，叶轮的转速，泵出口处的流量。全部特性参数设置好之后，在停机过渡过程开始计算之前，先对泵进行稳态计算，稳态计算时叶轮转速不变，闸门全开。当计算到泵的特性参数基本不变之后，在此基础上再开始加载第一udf程序、第二udf程序和第三udf程序进行开始模拟停机过渡过程。停机过渡过程开始模拟时泵叶轮只受水力作用，同时闸门开始按照设定闸门关闭速度值匀速下降，闸门下降过程中根据预先设置的时间步长和总计算时间对整个计算域开始逐步长进行瞬态数值计算，其中闸门的关闭模拟通过动网格技术实现，叶轮的运动模拟通过多重参考系(mrf)实现。整个停机过渡过程模拟过程中的数值计算整的过程如图5所示。计算完所有时间步长后得到整个停机过渡过程中所述特性参数的时序数据。
[0083]
步骤4、对于所有协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的所述时序数据中提取叶轮在三个方向上的力以及扭矩，以此对斜式轴流泵进行力学特性分析，选择满足预设力学特性标准的协同控制方案作为备选协同控制方案，剔除不满足预设力学特性标准的协同控制方案。
[0084]
在本实施例中，斜式轴流泵停机过渡过程力学特性分析如下：
[0085]
步骤4.1：根据得到的叶轮的力学数据和扭矩数据，绘制相应的曲线。
[0086]
步骤4.2：斜式轴流泵停机过渡过程力学特性分析。首先单独对方案1分析以得到斜式轴流泵停机过渡过程的特点。在图6的(a)和(b)中，在一开始泵断电，闸门开始下降时，
由于流速方向和叶轮转速方向还没变，此时泵的轴向力和轴向扭矩方向不变。但是随着时间的推移，由于叶轮没有施加主动力矩，主要受到水力的作用，当水流受到重力作用开始倒流后，轴向力和扭矩开始逐渐减小并在某一时间后方向相反，并在一段时间后达到反向最大值。随着闸门逐渐关闭，反向水流减小，轴向力和轴向力也再次逐渐减小，直到叶轮静止。在图6的(c)中，可以发现方案1在y和z方向上的扭矩具有一段偏移，z方向的扭矩整体向上平移了一段。根据图1可以发现，这是因为泵受到重力作用，叶轮在向下的重力和轴向水力的合力作用下，会以偏向下的趋势进行波动。而y方向上的外力是平衡的，扭矩逐渐向0值收敛。所以可以发现，斜轴结构对泵的性能有明显的影响。如果长时间向下偏移运动，对轴承的磨损程度可能会大于立式轴的泵。
[0087]
步骤4.3：对比分析五种闸门下降速度方案以得到闸门下降速度对斜式轴流泵停机过渡过程泵力学性能的影响。分析图6中(a),(b)和(c)可以发现，闸门速度对泵的力学性能有明显的影响。下降速度越快的时候，叶轮受力和受到扭矩作用的时间短，但是会有更大的反向轴向力和轴向扭矩。如果轴向力过大的时候，可能会造成电机的损坏。图6(a)中g
x
为重力在轴向的分力。可以发现，当闸门下降速度超过方案3的速度时，反向轴向力明显大于了重力在轴向上的分量，这就是抬机现象。抬机现象对泵和电机来说是非常有害的。可见，闸门速度对泵停机过渡过程的性能有明显的影响。
[0088]
因此，本实例中，设定预设力学特性标准包括轴向力标准和径向扭矩标准。
[0089]
轴向力标准为叶轮的轴向力时域曲线中反向轴向力峰值不超过重力在轴向的分力，或者反向轴向力峰值超过重力在轴向的分力的量低于第一阈值。也就是图6中(a)内每一个方案的轴向力时域曲线的最高峰值不能超过g
x
所在水平线一定的量，这个量可以根据实际泵的结构性能确定。
[0090]
而径向扭矩标准为叶轮的水平径向扭矩时域曲线中脉动段的峰值平均值不超过第二阈值。也就是图6中(c)内每一个方案的mz在振荡的脉动段内峰值平均值不超过一个阈值，这个阈值也可以根据实际泵的结构性能确定。
[0091]
举例而言，本实例中，通过轴向力标准筛选后，仅有方案2和方案1符合要求。进一步通过径向扭矩标准筛选后，仅有方案2符合要求，方案2作为备选协同控制方案。
[0092]
步骤5、对于备选协同控制方案，从每一套协同控制方案对应的模式时序数据中提取叶轮前、叶轮和导叶中间、导叶后三个位置点的压力脉动信号，对压力脉动信号的时间序列数据进行短时傅里叶变换(stft)处理，以此对斜式轴流泵进行停机过渡过程中泵内压力脉动情况分析，选择满足预设泵内压力脉动标准的备选协同控制方案作为最终协同控制方案，用于对大型斜式轴流泵站过渡过程中的叶轮和闸门进行协同控制。
[0093]
在本实例中，斜式轴流泵停机过渡过程压力脉动特性分析过程如下：
[0094]
步骤5.1：根据得到的叶轮三个监测点位置处的压力信号，对其进行stft图形的绘制。
[0095]
步骤5.2：斜式轴流泵停机过渡过程压力脉动特性分析。首先单独对方案1分析以得到斜式轴流泵停机过渡过程的压力脉动特点。从图7(a)，(b)和(c)中可以发现泵不同位置处的脉动情况具有相似之处，都有叶片通过频率带。这说明泵内的波动是动静相互作用的结果。随着泵内流体流动湍流强度的先增大后减小，泵内的波动强度也都先增大后减小。在点2处的高频带数最多，颜色也越深，而点2是离叶轮最近的。说明在叶轮附近的波动强度
大于进口流道和出口流道内的波动强度。
[0096]
本实例中，预设泵内压力脉动标准为：对于叶轮和导叶中间的位置点的压力脉动信号，从其短时傅里叶变换(stft)处理结果中提取到的压力脉动最大强度不超过第三阈值。也就是说，从图7的结果中提取的压力脉动最大强度不超过一个阈值，这个阈值也可以根据实际泵的结构性能确定。
[0097]
举例而言，本实例中，通过预设泵内压力脉动标准筛选后，方案2依然符合要求，那么这个方案2即可用于对斜式轴流泵站站过渡过程进行协同控制，以保证泵的性能不受过渡程序中的破坏性轴向力和脉动影响。
[0098]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。