一種消音器消音特性測試系統的製作方法

2023-10-17 05:49:44 2

本實用新型涉及燃燒室的消音器技術，特別是一種消音器消音特性測試系統。

背景技術：

燃燒振蕩是燃氣輪機低汙染燃燒技術中不可迴避的問題，燃燒振蕩會產生強烈的壓力波動、流動和燃燒不穩定性，引起燃燒室固體振動，導致熱周疲勞和燃燒室損壞。因此解決燃燒振蕩問題是低汙染燃燒室開發中的一個重要工作。常用的方法有主動控制和被動控制兩種。其中被動控制通過加裝消聲器，增加聲能的耗散，削弱燃燒振蕩的強度或者避免燃燒振蕩的發生。因為沒有旋轉部件，性能可靠，在實際中應用廣泛。消聲器包括亥姆霍茲共振器、1/4波長管以及聲襯等。亥姆霍茲共振器和1/4波長管一般用來吸收窄帶、中頻的壓力波動。聲襯則可以吸收寬帶、高頻信號，結構節湊，在燃機燃燒室中更為常見。消音結構一般包括喉部（或者多孔板）和共振腔。燃機燃燒室應用條件下，一般需要在空腔中通入低溫空氣，從喉部（或者多孔板上）的小孔內進入燃燒室。這種設計一方面可以冷卻消音器，另一方面可以改善消音器消聲效果。

開發一種新的燃燒室，選擇合適的消音器，對消除或削弱燃燒振蕩強度有重要意義。高效消音器，對安裝位置、喉部結構或多孔板中的小孔的形狀和布局、低溫空氣流量等都有要求。需要藉助一定的測試手段，研究其消聲效果，改進結構從而找到最佳的結構和布置方案。因此設計一種測試消音效果的測試系統，對燃氣輪機燃燒室及其它相關有消音需求的設備的研發有必要的。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種消音器消音特性測試系統，利用該測試系統可以研究消音器結構、冷空氣流速和冷空氣溫度等對消音效果的影響，為發展性能優異的消音器器和解決燃機燃燒振蕩問題提供支持。

本實用新型的技術方案如下：

一種消音器消音特性測試系統，其特徵在於：包括測試裝置、壓力波動發生系統、壓力波動測量系統和空氣系統，測試裝置分別與壓力波動發生系統、測量系統和空氣系統連接；

測試裝置包括聲波管；壓力波動發生系統包括信號發生器、功率放大器和揚聲器；壓力波動測量系統包括壓力波動傳感器、動態信號採集器、動態信號處理和分析器；

待測消音器與聲波管連接，聲波管的端部連接揚聲器，揚聲器與功率放大器連接，功率放大器與信號發生器連接；聲波管上連接有至少兩個壓力波動傳感器，壓力波動傳感器均連接至動態信號採集器，動態信號採集器與動態信號處理和分析器連接；聲波管連接有空氣來源。

所述空氣系統用於提供空氣來源。空氣系統包括空氣氣源、流量調節閥、流量計、加熱器和溫度儀表等，空氣氣源通過管線連接至測試裝置，管線上依次安裝有所述流量調節閥、流量計、加熱器和溫度儀表。通過流量計監測通入的空氣氣源流量大小並通過流量調節閥控制空氣氣源的流量大小，通過溫度儀監測通入的空氣氣源的溫度值並通過加熱器及時調整通入空氣氣源的溫度。

所述消音器消音特性測試系統，可以用於測量的待測消音器的種類，包括亥姆霍茲共振器、1/4波長管以及聲襯等。

根據關注的聲學特性不同，待測消音裝置可以有不同裝配形式，例如：

（1）所述測試裝置可以採用兩個聲波管，待測消音器固定於兩個聲波管之間，每個聲波管上對應連接兩個壓力波動傳感器，一個聲波管的端部設置空氣出口，另一個聲波管的端部連接揚聲器；空氣通過待測消音器分別進入聲波管內，從空氣出口出去。

將待測消音器安裝在兩聲波管之間，壓力波動傳播方向與亥姆霍茲共振器或1/4波長管的喉部或者聲襯小孔的軸線截面垂直，用於測量待測消音器對切向方向傳播的壓力波動的吸聲效果。

（2）所述測試裝置也可以採用一個聲波管，聲波管的一端設置空氣進口，另一端設置有空氣出口。在靠近空氣進口的聲波管上連接待測消音器，待測消音器上開設空氣進口；聲波管另一端設置有空氣出口，空氣出口的下遊連接揚聲器。

將待測消音器安裝在聲波管的一端，壓力波動傳播方向與亥姆霍茲共振器或1/4波長管的喉部或者聲襯小孔的軸線平行，用於測量待測消音器對法向方向傳播的壓力波動的吸收效果。

本實用新型的效果和優點如下：

（1）本測試系統包括測試裝置、聲波發生裝置、測試系統等，方便通過聲學處理方法，測試消音器的消音效果；還可應用於其它聲學特性的實驗測試。

（2）改變消音器的安裝位置，就可以獲得消音器對不同傳播方向上的消音效果。將消音器安裝在兩個聲波管之間，並在兩個聲波管各布置兩隻傳聲器，可以測量聲襯對切向傳播的聲波的吸收效果；將聲襯安裝在聲波管的一端，可以獲得聲襯對法向傳播的聲波的吸聲效果。

（3）本測試系統設計有空氣系統；通過調節閥、流量計、加熱器和溫度儀表等，方便調節進入實驗件的空氣流量和溫度，可以研究進氣溫度對聲腔的影響。這樣的設計可以模擬接近燃燒室工作環境，對工程更有指導意義。

附圖說明

圖1為本實用新型的切向聲波吸收效果測試系統圖；

圖2為本實用新型的法向聲波吸收效果測試系統圖。

其中，附圖標記為：1-空氣氣源，2-流量調節閥，3-流量計，4-加熱器，5-溫度儀表，6-空氣進口，7-空氣出口，8-待測消音裝置，9-壓力波動傳感器一，10-壓力波動傳感器二，11-壓力波動傳感器三，12-壓力波動傳感器四，13-聲波管一，14-聲波管二，15-揚聲器，16-功率放大器，17-信號發生器，18-動態信號採集器，19-處理和分析器，20-聲波管三。

具體實施方式

一種消音器消音特性測試系統包括測試裝置、壓力波動發生系統、測量系統和空氣系統，測試裝置分別與壓力波動發生系統、測量系統和空氣系統連接。

測試裝置包括聲波管；壓力波動發生系統包括信號發生器17、功率放大器16和揚聲器15；壓力波動測量系統包括壓力波動傳感器、動態信號採集器18、處理和分析器。

待測消音器8與聲波管連接，聲波管的端部連接揚聲器15，揚聲器15與功率放大器16連接，功率放大器16與信號發生器17連接；聲波管上連接有至少兩個壓力波動傳感器，壓力波動傳感器均連接至動態信號採集器18，動態信號採集器18與動態信號處理和分析器19連接；聲波管連接有空氣來源。

所述空氣系統用於提供空氣來源。空氣系統包括空氣氣源1、流量調節閥2、流量計3、加熱器4和溫度儀表5等，空氣氣源1通過管線連接至測試裝置，管線上依次安裝有所述流量調節閥2、流量計3、加熱器4和溫度儀表5。通過流量計3監測通入的空氣氣源1流量大小並通過流量調節閥2控制空氣氣源1的流量大小，通過溫度儀監測通入的空氣氣源1的溫度值並通過加熱器4及時調整通入空氣氣源1的溫度。

所述消音器消音特性測試系統，可以用於測量的待測消音器8的種類，包括亥姆霍茲共振器、1/4波長管以及聲襯等。根據關注的聲學特性不同，待測消音器8可以有不同裝配形式，例如：

（1）如圖1所示，所述測試裝置可以採用兩個聲波管，待測消音器8固定於聲波管一13和聲波管二14之間，聲波管一13上對應連接壓力波動傳感器一9和壓力波動傳感器二10，聲波管一14上對應連接壓力波動傳感器三11和壓力波動傳感器四12，聲波管一13的端部設置空氣出口7，聲波管二14的端部連接揚聲器15；空氣通過待測消音器8進入兩個聲波管內，從空氣出口7出去。

將待測消音器8安裝在聲波管一13和聲波管二14之間，壓力波動傳播方向與待測消音器8的喉部（即亥姆霍茲共振器或1/4波長管的喉部或者聲襯小孔）軸線截面垂直，用於測量待測消音器8對切向方向傳播的壓力波動的吸聲效果。

（2）如圖2所示，所述測試裝置也可以採用一個聲波管，聲波管三20的一端設置空氣進口6，另一端設置有空氣出口7。在靠近空氣進口6的聲波管三20上連接待測消音器8，空氣從該端部通入，經過待測消音器8進入聲波管三20內；在靠近空氣出口7的聲波管三20上固定連接揚聲器15，空氣從該端部出去。

將待測消音器8安裝在聲波管的一端，壓力波動傳播方向與待測消音器8的喉部（即亥姆霍茲共振器或1/4波長管的喉部或者聲襯小孔）的軸線平行，用於測量待測消音器8對法向方向傳播的壓力波動的吸收效果。

本實用新型的原理是：

信號發生器17提供可調製的不同頻率的正弦電壓信號，經過功率放大器16放大之後驅動揚聲器15；揚聲器15可以在聲波管中激發出一定頻率的壓力波動。

通過不同位置布置的若干壓力波動傳感器，用於測量壓力波動的強度，採集的信號輸入信號採集器。藉助一定的聲學計算方法，就可以分析計算得到消音器的吸聲效果。

氣源提供實驗用的空氣，空氣經過加熱器4後，進入聲襯空腔，並從聲襯多孔板中進入聲波管。空氣流量計3和調節閥用來控制空氣的流量。加熱器4的功率可調，用來改變進入聲襯的空氣的溫度，研究空氣流量和溫度對消音器消音效果的影響。