CN104314801A - 基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统及其测试方法，该测试系统主要以喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统(简称闭式循环系统)为基础设施，包括矢量水听器、机械扫描系统、非消声水池、数据采集分析系统和喷水推进泵模型；包含喷水推进泵的一部分闭式循环系统管路和机械扫描系统置于非消声水池中，利用测量表面包围被测喷水推进泵，结合机械扫描系统实现垂直测量表面声场的离散点采样，借助声强法测量喷水推进泵的水下辐射噪声。该方法受外界干扰噪声源的影响，在理论上可以忽略不计，实际工程应用中，可保证工程测试的信噪比，有利于现场测量实施，尤其是有限空间内复杂振动体的声功率测量。

Description

基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统及其测试方法

技术领域

本发明属于舰船推进技术领域，尤其涉及一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统及其测试方法。

背景技术

利用喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统测量喷水推进泵的水动力性能，是比较常见的试验方法，该方法也很成熟，而测量喷水推进泵运转状态下的水下辐射噪声性能，目前常用的方法有二：1、借助具有消声水舱的空泡水筒进行测量，消声水舱通常位于空泡水筒工作段下方，利用单水听器或水听器阵列，对喷水推进泵水下辐射噪声进行直接测量；2、利用在空泡水筒侧面有机玻璃外安装一小型非消声水舱，将单水听器置于其中，直接测量喷水推进泵的水下辐射噪声。第一种方法成本很高，经济性差，第二种方法测量精度差，测量频率范围达不到要求，这两种方法针对螺旋桨的噪声测量比较成熟，而对于喷水推进泵的噪声测量还不成熟，流量作为喷水推进泵的关键参数之一，在上述装置中也较难测得。

发明内容

为了解决上述难题，本发明提供了一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统及其测试方法，有效解决了空泡水筒测量喷水推进泵噪声技术不成熟、试验经济性较差、流量测量难度大的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，包括机械扫描系统、若干矢量水听器、喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统、非消声水池、数据采集分析系统和喷水推进泵模型；

所述机械扫描系统包括机械扫描装置和控制系统，所述机械扫描装置沿所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统的测试段管路的轴向移动，所述控制系统控制所述机械扫描装置运动；

所述若干矢量水听器固定设置在所述机械扫描装置上；

所述非消声水池为一矩形结构，所述矩形结构上端面开口，便于观察和试验装置的安装；

所述数据采集分析系统与所述若干矢量水听器电性连接；

所述喷水推进泵模型设置在所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统靠近三相异步电机的一段管路中，所述喷水推进泵模型的泵壳体与所述管路密封连接；

所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统中设置有所述喷水推进泵模型的一段管路及所述机械扫描装置设置于所述非消声水池中。

进一步的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述机械扫描系统包括一支撑架、一对直线导轨、一周向运动机构支架、一周向运动机构、电机和控制系统；

所述支撑架设置于装有所述喷水推进泵模型的一段管路的下端，并平行于水面；

所述一对直线导轨平行水面地固定设置在所述支撑架两端；

所述周向运动机构支架两端滑动地设置在所述直线导轨上，进行轴向运动；

所述周向运动机构滑动地设置在所述周向运动机构支架上，进行周向运动；

所述电机和所述控制系统控制所述周向运动机构支架的轴向运动和所述周向运动机构的周向运动；

所述若干矢量水听器通过螺钉固定在所述周向运动机构上。

进一步的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述数据采集分析系统包括信号调理器、多通道数据采集器、计算机和数据分析系统；所述信号调理器输入端与所述矢量水听器输出端通过BNC接口连接，所述信号调理器的输出端与所述多通道数据采集器的输入端相连接，所述多通道数据采集器输出端与所述计算机通过以太网电缆相连接，并将最终数据传输到数据分析系统中。

进一步的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述矢量水听器具有声压通道和矢量通道，用以同时时测量声压和振速。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述矢量水听器等间隔安装。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述矢量水听器数量至少为2个。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统与所述喷水推进泵模型连接处设置有法兰，用以安装密封。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，所述喷水推进泵模型的泵壳体材料是有机玻璃。

一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统的测试方法，包括上述的喷水推进泵噪声测试系统，包括如下步骤：

步骤一，按照测试要求安装喷水推进泵模型，开启试验系统，令喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统首先运行约2小时，进入稳定阶段；

步骤二，对整套系统进行联合调试，保证矢量水听器、机械扫描系统和数据采集分析系统工作正常；

步骤三，通过控制系统控制机械扫描系统轴向和周向运动，使得矢量水听器能够在不同测量点测试噪声数据；

步骤四，测量完成后，利用声强法计算喷水推进泵模型的水下辐射噪声声功率；

步骤五，重复步骤三和四，对喷水推进泵模型进行重复性测试，分析系统重复性误差；

步骤六，测试结束后将所有设备依次关闭。

采用本发明所述技术方案，能够达到如下有益效果：

1、系统通过在非消声水池中，运用矢量水听器扫描测量以及数据采集分析系统，可直观、系统地分析喷水推进泵水下噪声性能；

2、矢量水听器通过周向运动机构和周向运动机构支架，能够进行周向及轴向运动，这样就能够实现垂直测量表面声场的离散点采样，该方法受到外界干扰的影响小；

3、结构简单，可操作性强。

附图说明

图1是本发明的机械扫描机构安装示意图；

图2是本发明的非消声环境下喷水推进泵噪声测试系统(不含非消声水池)结构示意图；

图3是本发明的喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统结构示意图；

图4是本发明的数据控制和处理框图；

图5是本发明常用测量表面截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

如图1、图2所示，一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，包括机械扫描系统1、若干矢量水听器2、喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统、非消声水池80、数据采集分析系统4和喷水推进泵模型5；

机械扫描系统1包括机械扫描装置11和控制系统12，机械扫描装置11沿喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统的测试段管路的轴向移动，控制系统12控制机械扫描装置11运动；

若干矢量水听器2固定设置在机械扫描装置11上；

非消声水池80为一矩形结构，矩形结构上端面开口，便于观察和试验装置的安装；

数据采集分析系统4与若干矢量水听器2电性连接；

如图3所示，喷水推进泵模型5设置在喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统靠近三相异步电机100的一段管路3中，喷水推进泵模型5泵壳体51与管路3密封连接；

喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统中设置有喷水推进泵模型5的一段管路3及机械扫描装置11设置于非消声水池80中。

本发明的工作原理是：喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统中设置有喷水推进泵模型5的一段管路3及机械扫描装置11设置于非消声水池80中，喷水推进泵模型5会持续向周围水介质辐射噪声，通过固定设置在机械扫描装置11上的若干矢量水听器2，能够采集噪声并发送至数据采集分析系统4进行数据的分析处理。

由声学理论可知，声场中沿r方向的声波强度I可表示为：

$I_r=\underset{T\→\∞}{\lim }\left[\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}P\left(t\right)U_r\left(t\right)\mathrm{dt}\right],$ 其中，P(t)为声压，U_r(t)为该点介质沿r方向的质点振速。因此，只要同时测得介质中该点声压和振速，则该点声强便可知。通过测量包围振动体的一个包络面上声强分布，再通过面积分或叠加，利用声强法计算辐射声功率。在包络面内没有吸声材料的情况下，水池壁面的反射或干扰声进入包络面后仍从包络面出去，所以，反射声或干扰声强在整个包络面上的积分理论上为0，不影响结果。

由国家标准《GBT 16404-1996声学声强法测定噪声源的声功率级第1部分：离散点上的测量》和《GBT 16404.3-2006声学声强法测定噪声源声功率级第3部分：扫描测量精密法》可知，基于声强测量的声功率计算是将测量面分为N个小曲面，N为测量点数，每个曲面包含一个测量点且一一对应，则局部声功率可表示为：其中是第i个测量点处测得的法向声强，S_i为第i个曲面的面积；测量面的总声功率可表示为：

$W_a=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{W}_i.$

进一步的，如图1、图2所示，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，机械扫描系统1包括一支撑架70、一对直线导轨12、一周向运动机构支架13、一周向运动机构14、电机15和控制系统12；

支撑架70设置于装有喷水推进泵模型5的一段管路3的下端，并平行于水面90；

一对直线导轨12平行水面90地固定设置在支撑架70两端；

周向运动机构支架13两端滑动地设置在直线导轨12上，进行轴向运动；

周向运动机构14滑动地设置在周向运动机构支架13上，进行周向运动；

若干矢量水听器2通过螺钉固定在周向运动机构14上；

电机15和控制系统12控制周向运动机构支架13的轴向运动和周向运动机构14的周向运动。

电机15和控制系统控制周向运动机构支架13的轴向运动和周向运动机构14的周向运动，带动设置在周向运动机构14上的若干矢量水听器2进行周向和轴向运动，从而可以使得矢量水听器2在不同测量点测试噪声数据。

进一步的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，周向运动机构支架13两端通过带有卡槽的滑块16滑动地设置在直线导轨12上。

进一步的，如图2、图4所示，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，数据采集分析系统4包括信号调理器、多通道数据采集器、计算机和数据分析系统；信号调理器输入端与矢量水听器输出端通过BNC接口连接，信号调理器的输出端与多通道数据采集器的输入端相连接，具体连接方式根据信号调理器和多通道数据采集器的输出输入接口选择相应的数据线和转接口，多通道数据采集器输出端与计算机通过以太网电缆相连接，并将最终数据传输到数据分析系统中，数据分析系统通过其中的声强法计算喷水推进泵模型5的辐射声功率。

进一步的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，矢量水听器2具有声压通道和矢量通道，用以同时测量声压和振速。

优选的，如图2所示，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，矢量水听器2等间隔安装，数量至少为2个。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统与喷水推进泵模型5连接处设置有法兰52，用以方便安装和密封，防止系统在进入非消声水池80中后，出现漏水，对数据采集造成干扰，影响数据采集的精确性。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，喷水推进泵模型5的泵壳体51材料是有机玻璃，有机玻璃材料的泵壳体51，更加有利于噪声的透射，能够加强数据采集的精确性。

优选的，上述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其中，非消声水池80由钢板或砖混结构构成，具体尺寸和墙壁厚度根据被测喷水推进泵模型大小和噪声频率范围确定。

如图5所示，本发明能够测量的表面不仅仅是本发明所述的半圆，还可以是圆形、方形等结构，同样的，周向运动机构支架13和周向运动机构14可以设置成圆形或者方形等结构，在此本发明不作限定。

一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统的测试方法，包括上述的喷水推进泵噪声测试系统，包括如下步骤：

步骤一，按照测试要求安装喷水推进泵模型5，开启试验系统，令喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统首先运行约2小时，进入稳定阶段；

步骤二，对整套系统进行联合调试，保证矢量水听器2、机械扫描系统1和数据采集分析系统4工作正常；

步骤三，通过控制系统12控制机械扫描系统轴向和周向运动，使得矢量水听器2能够在不同测量点测试噪声数据；

步骤四，测量完成后，利用声强法计算喷水推进泵模型的水下辐射噪声声功率；

步骤五，重复步骤三和四，对喷水推进泵模型5进行重复性测试，分析系统重复性误差；

步骤六，测试结束后将所有设备依次关闭。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：包括机械扫描系统、若干矢量水听器、喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统、非消声水池、数据采集分析系统和喷水推进泵模型；

所述机械扫描系统包括机械扫描装置和控制系统，所述机械扫描装置沿所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统的测试段管路的轴向移动，所述控制系统控制所述机械扫描装置运动；

所述若干矢量水听器固定设置在所述机械扫描装置上；

所述非消声水池为一矩形结构，所述矩形结构上端面开口，便于观察和试验装置的安装；

所述数据采集分析系统与所述若干矢量水听器电性连接；

所述喷水推进泵模型设置在所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统靠近三相异步电机的一段管路中，所述喷水推进泵模型的泵壳体与所述管路密封连接；

所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统中设置有所述喷水推进泵模型的一段管路及所述机械扫描装置设置于所述非消声水池中。

2.根据权利要求1所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述机械扫描系统包括一支撑架、一对直线导轨、一周向运动机构支架、一周向运动机构、电机和控制系统；

所述支撑架设置于装有所述喷水推进泵模型的一段管路的下端，并平行于水面；

所述一对直线导轨平行水面地固定设置在所述支撑架两端；

所述周向运动机构支架两端滑动地设置在所述直线导轨上，进行轴向运动；

所述周向运动机构滑动地设置在所述周向运动机构支架上，进行周向运动；

所述若干矢量水听器通过螺钉固定在所述周向运动机构上；

所述电机和所述控制系统控制所述周向运动机构支架的轴向运动和所述周向运动机构的周向运动。

3.根据权利要求1所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述数据采集分析系统包括信号调理器、多通道数据采集器、计算机和数据分析系统；所述信号调理器输入端与所述矢量水听器输出端通过BNC接口连接，所述信号调理器的输出端与所述多通道数据采集器的输入端相连接，所述多通道数据采集器输出端与所述计算机通过以太网电缆相连接，并将最终数据传输到数据分析系统中。

4.根据权利要求1或2所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述矢量水听器具有声压通道和矢量通道，用以同时测量声压和振速。

5.根据权利要求4所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述矢量水听器等间隔安装。

6.根据权利要求5所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述矢量水听器数量至少为2个。

7.根据权利要求1所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统与所述喷水推进泵模型连接处设置有法兰，用以密封。

8.根据权利要求1所述的基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统，其特征在于：所述喷水推进泵模型的泵壳体材料是有机玻璃。

9.一种基于非消声环境的喷水推进泵噪声测试系统的测试方法，其特征在于：包括权利要求1至8任意一项所述的喷水推进泵噪声测试系统，包括如下步骤：

步骤一，按照测试要求安装喷水推进泵模型，开启试验系统，令喷水推进泵综合性能试验台闭式循环系统首先运行约2小时，进入稳定阶段；

步骤二，对整套系统进行联合调试，保证矢量水听器、机械扫描系统、和数据采集分析系统工作正常；

步骤三，通过控制系统控制机械扫描系统轴向和周向运动，使得矢量水听器能够在管路表面的不同测量点测试噪声数据；

步骤四，测量完成后，利用声强法计算喷水推进泵模型的水下辐射噪声声功率；

步骤五，重复步骤三和四，对喷水推进泵模型进行重复性测试，分析系统重复性误差；

步骤六，测试结束后将所有设备依次关闭。