CN116858372A - 一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电蒸汽发电技术领域，提出了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法，在屏蔽腔内靠近底侧一端设置多层吸声材料，以及在屏蔽腔开口处设置柔性贴合机构；测量时，柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量，实现了核电厂蒸汽管道外无损间接测量管内噪声，具有抗干扰、易安装的优点，屏蔽腔和多层吸声材料的噪声隔离以及柔性贴合机构在管壁上的紧密贴合消除了现场环境对测量的影响，屏蔽腔直接贴合在管壁上可以解决因空间尺寸狭小而无法进行测量的问题，实现了高温高压环境下的有效噪声测试。
Description
技术领域
本发明属于核电蒸汽发电技术领域，尤其涉及一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法。
背景技术
核电厂蒸汽管线及设备由于声共振导致较为强烈的管道振动和噪声，导致管道阀门内件的疲劳损伤，直接影响阀门的正常使用，同时严重影响主控室的声环境。研究表明，管道的旁支短管和阀门腔室形成空腔，主蒸汽管线内的高速蒸汽流在三通处引起湍流和旋涡脱落。当旋涡脱落频率与阀门空腔的固有声模态频率接近时，两个频率相互锁定，同时发出强烈的振动及噪声，形成流致声共振现象。声共振会产生高强度的声压力脉动，该压力脉动(声载荷)沿蒸汽管线传播，导致阀门内件因微动磨损而损伤，影响核电厂的正常稳定运行。另一方面，声共振产生的高强振动沿着管路传播，激发主控室辐射二次噪声，影响主控室的噪声水平，引起主控室工作人员的显著听觉烦恼。
发明人发现，管道内的噪声特性通过直接在管道内布置传声器进行测量得到，然而，核电厂蒸汽管道内为高温高压高流速的蒸汽，而传声器的使用温度范围一般在50℃以内，在高温高压环境下无法进行有效的噪声测试，此外，在高流速情况下传声器将产生强烈的气流再生噪声，严重影响测量结果；因此，对于核电厂蒸汽管道，无法直接在管道内布置传声器进行噪声特性的测量。由于核电站蒸汽阀门段一般空间狭小，管道部件安装紧凑，管路众多且复杂，房间壁面通常为声反射面，因此在核电站蒸汽管道外采用传声器直接测量得到的某测点噪声级为多个管道辐射噪声及壁面反射形成的混响声的叠加；比如蒸汽阀门段实际现场有若干管道，编号1到5，由于空间狭小，管道之间距离很近，在管道1附近测试得到的噪声不仅包括管道1的噪声，还包括管道2到管道5的噪声，及显著的混响声；不同噪声源之间的互相影响严重，直接采用传声器测量管道噪声的方法无法消除现场环境对测量的影响，无法进行有效测量。核电站的管道空间尺寸狭小，无法另外设置检测室，采用检测室围护的管道式测量方法在核电厂蒸汽管道的测量中不使用。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法，实现了核电厂蒸汽管道外无损间接测量管内噪声，具有抗干扰、易安装的优点，通过核电现场噪声测试验证，确认了方法的可靠性。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，采用如下技术方案：
一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，包括屏蔽腔、设置在所述屏蔽腔内靠近底侧一端的多层吸声材料以及设置在所述屏蔽腔开口处的柔性贴合机构；所述屏蔽腔侧壁上开设有用于传声器进入屏蔽腔内的通孔；
测量时，所述柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量。
进一步的，所述屏蔽腔内设置有护面网，将多层吸声材料固定在所述屏蔽腔的内部底侧。
进一步的，每层吸声材料的厚度不同。
进一步的，多层吸声材料为阻性多孔吸声结构、共振抗性吸声结构和阻性抗性复合吸声结构中的一种或几种。
进一步的，每层阻性多孔吸声结构的容重不同。
进一步的，每层共振抗性吸声结构的参数不同。
进一步的，所述柔性贴合机构的内侧面上设置有橡胶或海绵。
进一步的，所述屏蔽腔为金属板材料。
进一步的，传声器通过所述通孔伸入所述屏蔽腔内的中间位置。
为了实现上述目的，第二方面，本发明还提供了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量方法，采用如下技术方案：
一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量方法，采用了如第一方面中所述的核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，测量时，所述柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量。
进一步的，计算管道传递损失；测试管外噪声声压级；根据管道传递损失与管外噪声声压级的和，得到管内噪声声压级。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明在屏蔽腔内靠近底侧一端设置多层吸声材料，以及在屏蔽腔开口处设置柔性贴合机构；测量时，柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，本发明装置对屏蔽腔外部环境的噪声进行隔离，传声器通过通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量，实现了核电厂蒸汽管道外无损间接测量管内噪声，具有抗干扰、易安装的优点，屏蔽腔和多层吸声材料的噪声隔离以及柔性贴合机构在管壁上的紧密贴合消除了现场环境对测量的影响，屏蔽腔直接贴合在管壁上可以解决因空间尺寸狭小而无法进行测量的问题，实现了高温高压环境下的有效噪声测试。
附图说明
构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的一种实施例使用状态图；
图3为本发明实施例1的一种实施例屏蔽腔内声压级；
图4为本发明实施例1的一种实施例传递损失；
图5为本发明实施例1的一种实施例管内声压级实测与计算对比；
图6为本发明实施例1的另一种实施例使用状态图；
图7为本发明实施例1的另一种实施例屏蔽腔内声压级；
图8为本发明实施例1的另一种实施例传递损失；
图9为本发明实施例1的另一种实施例管内声压级实测与计算对比；
其中，1、第一吸声材料；2、第二吸声材料；3、第三吸声材料；4、第四吸声材料；5、护面网；6、通孔；7、柔性贴合机构；8、屏蔽腔；9、核电厂蒸汽管道；91、主管道保温层；92、主管道管壁。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，包括屏蔽腔8、设置在所述屏蔽腔8内靠近底侧一端的多层吸声材料以及设置在所述屏蔽腔8开口处的柔性贴合机构7；所述屏蔽腔8侧壁上开设有用于传声器进入屏蔽腔内的通孔6；
测量时，所述柔性贴合机构7贴合在核电厂蒸汽管道9外壁上，屏蔽腔和多层吸声材料共同对所述屏蔽腔8外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔8中进行测量。
多层吸声材料对屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量，实现了核电厂蒸汽管道外无损间接测量管内噪声，具有抗干扰、易安装的优点，屏蔽腔和多层吸声材料的噪声隔离以及柔性贴合机构7在管壁上的紧密贴合消除了现场环境对测量的影响，屏蔽腔8直接贴合在管壁上可以解决因空间尺寸狭小而无法进行测量的问题，实现了高温高压环境下的有效噪声测试。
可选的，所述屏蔽腔8内设置有护面网5，将多层吸声材料固定在所述屏蔽腔8的内部底侧。
可选的，所述屏蔽腔8采用金属板，底部敷设多层不同厚度的吸声材料，吸声材料层包第一吸声材料1、第二吸声材料2、第三吸声材料3、和第四吸声材料4；通过护面网5固定在管底部。为和蒸汽管道或保温层更好地贴合，所述屏蔽腔8前端设置柔性贴合机构7，柔性贴合机构7的内侧面上黏贴密封橡胶或海绵，保证隔绝其它噪声，所述屏蔽腔8隔声量不低于30dB(A)。测量时，所述屏蔽腔8的开口端紧贴管道外管壁，传声器自侧面通孔伸入管内进行测量。所述屏蔽腔8的隔声性能由干扰声源相对于被测声源各频带的声压级差确定，由所确定的隔声性能要求来确定所述屏蔽腔8壁的材料及厚度。
多层吸声材料采用多层不同种类或厚度的吸声结构与材料，不同吸声结构与材料之间阻抗匹配，避免声波反射的影响，保证传声器测试结果的准确性。多层吸声材料构成的吸声结构可以为阻性多孔吸声结构，或共振抗性吸声结构，或阻性抗性复合吸声结构；吸声结构的吸声性能在测试频率范围内不低于0.9。
侧面通孔6可以为多个，用于安装多个传声器，再对多个传声器所测试得到的噪声值进行平均，得到管外噪声值。
本实施例中，还提出了一种管内噪声计算方法，包括如下步骤：
步骤S1、通过隔声屏蔽腔噪声测试管外噪声声压级Lpout。
步骤S2、通过基于传递矩阵法建立管道隔声量模型，该模型包含多层管道(包括蒸汽管道和保温层)材料的阻抗模型，计算管道传递损失TL，管道隔声量模型根据蒸汽管道壁厚、保温层厚度建立，经过噪声测试方法验证试验验证，对于25mm以内壁厚管道可以有效辨识管内120dB以上的噪声；步骤如下：
步骤S21、计算各金属层的声阻抗Zi。
其中，f为频率，Ki为第i层材料的刚度系数，fcoi为第i层材料的吻合频率，fringi为第i层材料的环频率，Ei为第i层材料的杨氏模量，vi为第i层材料的泊松比，hi为第i层材料的厚度，ηi为第i层材料的阻尼系数，mi为第i层材料的面密度，Ri为第i层材料的曲率半径，ρ0为空气密度，c0为空气中的声速。
步骤S22、计算各层材料(包括蒸汽管道和保温层)的声阻抗Zi。
其中，ki为第i层材料中声波的波数，σi为第i层材料的流阻率，ti为第i层材料的厚度。
步骤S23、通过传递矩阵法计算多层材料(包括蒸汽管道和保温层)的声阻抗，计算公式如下：
如果第i层材料的声阻抗为Zi，第i-1层材料的声阻抗为Zi-1，那么第i层材料表面声阻抗计算公式如下：
一直计算到第N层(最后一层)材料表面声阻抗Z。
步骤S24、计算多层材料(包括蒸汽管道和保温层)的传递损失TL，计算公式如下：
步骤S3、根据管道传递损失定义，得到管内噪声声压级Lpin＝TL+Lpout。
在一种实施例中，可选的，如图2所示，所述屏蔽腔8采用3mm厚钢板，管底部为20cm长的吸声末端，包括4段5cm长不同容重的玻璃棉以及护面网5；通孔6设置在管侧面，孔径为7mm；为了与核电厂蒸汽管道9更好地贴合，所述屏蔽腔8前端设有2cm宽的贴合机构7，内侧贴2～3mm厚的密封橡胶或5mm厚海绵；核电厂蒸汽管道9主要参数为管道壁厚44.2mm，硅酸钙高温层厚度130mm。
当核电厂蒸汽管道9的气流速度为55m/s的时候，为了计算核电厂蒸汽管道9的管内的噪声，首先，通过噪声屏蔽管噪声测试管外噪声声压级Lpout，其噪声频谱如图3所示；其次，通过基于阻抗法和传递矩阵法建立核电厂蒸汽管道9的隔声量模型，计算得到管道传递损失TL，其频谱如图4所示；最后，根据公式Lpin＝TL+Lpout得到主管道9的管内噪声声压级，其实测和计算的噪声频谱如图5所示，从图5对比可知：通过该装置及管内噪声计算方法所得到的核电厂蒸汽管道9的管内噪声结果与实测结果十分相近，说明该管道内高强声激励测量装置及计算方法有效可行。
在另外一种实施例中，可选的，如图6所示，所述屏蔽腔8采用3mm厚钢板，管底部为20cm长的吸声末端，包括4段5cm长不同容重的玻璃棉以及护面网5组成；通孔6设置在管侧面，孔径为7mm；为了与核电厂蒸汽管道9更好地贴合，所述屏蔽腔8前端设有2cm宽的贴合机构7，内侧贴2～3mm厚的密封橡胶或5mm厚海绵。核电厂蒸汽管道9主要参数为管道壁厚44.2mm，硅酸钙高温层厚度130mm。
当机组功率运行时，为了计算机组的核电厂蒸汽管道9的管内的噪声，首先，通过噪声屏蔽管噪声测试管外噪声声压级Lpout，其噪声频谱如图7所示；其次，通过传递矩阵法建立核电厂蒸汽管道9的隔声量模型，计算得到管道传递损失TL，其频谱如图8所示；最后，根据公式Lpin＝TL+Lpout得到主管道9的管内噪声声压级，其实测和计算的噪声频谱如图9所示，从图9对比可知：通过该装置及管内噪声计算方法所得到的核电厂蒸汽管道9的管内噪声结果与实测结果十分相近，说明该管道内高强声激励测量装置及计算方法有效可行。
实施例2：
本实施例提供了一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量方法，采用了如实施例1中所述的核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，测量时，所述柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量。
计算管道传递损失；测试管外噪声声压级；根据管道传递损失与管外噪声声压级的和，得到管内噪声声压级；具体的：通过基于阻抗法或者传递矩阵法建立管道隔声量模型，计算管道传递损失TL；通过隔声屏蔽腔噪声测试管外噪声声压级Lpout；根据管道传递损失，得到管内噪声声压级级Lpin＝TL+Lpout。
对于单层或多层管道材料，首先计算金属层和/或多孔材料保温层的声阻抗，再采用传递矩阵法计算多层管道的声阻抗，根据总声阻抗计算总体结构的传递损失，进而得到管内噪声。
以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，包括屏蔽腔、设置在所述屏蔽腔内靠近底侧一端的多层吸声材料以及设置在所述屏蔽腔开口处的柔性贴合机构；所述屏蔽腔侧壁上开设有用于传声器进入屏蔽腔内的通孔；
测量时，所述柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量。
2.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，所述屏蔽腔内设置有护面网，将多层吸声材料固定在所述屏蔽腔的内部底侧。
3.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，每层吸声材料的厚度不同。
4.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，多层吸声材料为阻性多孔吸声结构、共振抗性吸声结构和阻性抗性复合吸声结构中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，每层阻性多孔吸声结构的容重不同，每层共振抗性吸声结构的参数不同。
6.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，所述柔性贴合机构的内侧面上设置有橡胶或海绵。
7.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，所述屏蔽腔为金属板材料。
8.如权利要求1所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，其特征在于，传声器通过所述通孔伸入所述屏蔽腔内的中间位置。
9.一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量方法，其特征在于，采用了如权利要求1-8任一项所述的核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置，测量时，所述柔性贴合机构贴合在核电厂蒸汽管道外壁上，多层吸声材料对所述屏蔽腔外部环境内的噪声进行隔离，传声器通过所述通孔放置于所述屏蔽腔中进行测量。
10.如权利要求9所述的一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量方法，其特征在于，计算管道传递损失；测试管外噪声声压级；根据管道传递损失与管外噪声声压级的和，得到管内噪声声压级。
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| CN202310955553.1A CN116858372A (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法 |
Publications (1)
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| CN116858372A true CN116858372A (zh) | 2023-10-10 |
Family
ID=88235947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310955553.1A Pending CN116858372A (zh) | 2023-07-31 | 2023-07-31 | 一种核电厂蒸汽管道内声激励噪声测量装置及方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN116858372A (zh) |
-
2023
- 2023-07-31 CN CN202310955553.1A patent/CN116858372A/zh active Pending
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