CN1851316A - 声学谐振腔式声导管 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于锅炉炉内承压管水汽泄漏在线监测装置的声学谐振腔式声导管，它包括声导管，其特点是：在声导管内置有与声导管后端连接的谐振腔体，所述谐振腔体的结构是，设有谐振管，在谐振管的前、后端平行设有振动膜a和b；所述谐振腔体的振动膜a和b均为耐高温隔热振动膜；所述耐高温隔热振动膜为聚四氟乙烯膜或锡箔纸。声学谐振腔式声导管能够及时、准确、有效的提取锅炉炉内承压管水汽泄漏信号并加以放大，避免水汽泄漏的噪声信号被以燃烧为主的背景噪声信号所淹没，检测精度高、效果好；谐振腔体的振动膜a和b均为耐高温隔热振动膜，能够阻断锅炉在正压情况下炉内火焰和热气直接与传感器接触而损坏传感器，传感器的使用寿命长。

Description

声学谐振腔式声导管

技术领域

本发明涉及声导管，是一种用于锅炉炉内承压管水汽泄漏在线监测装置的声学谐振腔式声导管。

背景技术

在锅炉炉内设置的水冷壁、省煤器、过热器和再热器等承压管，由于管内为高温高压流体，管外承受高温烟气的辐射和对流换热，特别是对于燃煤锅炉，还同时承受灰粒子的连续冲蚀，在这种极为恶劣的工作环境下，很容易发生水汽泄漏事故。

目前，锅炉炉内设置的水冷壁、省煤器、过热器和再热器等承压管水汽泄漏事故已成为影响发电企业发电设备安全稳定运行的主要矛盾，因此，如何对锅炉炉内承压管轻微水汽泄漏早期发现，对妥善安排检修策略以及缩短检修时间，降低临检率具有重要意义。现有的锅炉炉内承压管水汽泄漏在线监测装置是由与锅炉炉体连接且与炉内相通的普通金属管子作为声导管，在管子末端设置的传感器与信号采集装置连接，信号采集装置与微机连接组成的，声导管的主要作用是把锅炉炉内承压管水汽泄漏的噪声信号传输给传感器，以便通过信号采集装置传送给微机来实现在线监测。一方面，由于传感器直接相对声导管的末端，当锅炉炉内处在负压状态时(炉内压力小于大气压)，锅炉内的火焰和热气不会进入声导管，此时不会损害传感器，而当锅炉炉内处在正压状态时(炉内压力大于大气压)，锅炉内的火焰和热气将进入声导管，此时由于锅炉内的火焰高温和热气的热量，极易损害传感器，大大降低了使用寿命；另一方面，声导管只是一根普通金属管子，没有谐振放大作用，因而，传输水汽泄漏噪声的能力较差，而通常以锅炉燃烧为主的背景噪声往往强于锅炉炉内承压管水汽泄漏的噪声，水汽泄漏的噪声信号往往被以燃烧为主的背景噪声信号所淹没，导致传感器不易采集到锅炉炉内承压管水汽泄漏的噪声信号，直接影响检测效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，对现有技术进行实质性改进，提供一种能够及时、准确、有效的提取锅炉炉内承压管水汽泄漏信号，防止锅炉在正压情况下炉内火焰和热气损坏传感器的声学谐振腔式声导管。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种声学谐振腔式声导管，它包括声导管，其特征是：在声导管内置有与声导管后端连接的谐振腔体，所述谐振腔体的结构是，设有谐振管，在谐振管的前、后端平行设有振动膜a和b；所述谐振腔体的振动膜a和b均为耐高温隔热振动膜；所述耐高温隔热振动膜a和b为聚四氟乙烯膜或锡箔纸。

本发明的声学谐振腔式声导管，由于在声导管内置有与声导管后端连接的谐振腔体，谐振腔体由谐振管，在谐振管的前、后端平行设有振动膜a和b组成的，能够及时、准确、有效的提取锅炉炉内承压管水汽泄漏信号并加以放大，避免水汽泄漏的噪声信号被以燃烧为主的背景噪声信号所淹没，检测精度高、效果好；又由于谐振腔体的振动膜a和b均为耐高温隔热振动膜，能够阻断锅炉在正压情况下炉内火焰和热气直接与传感器接触而损坏传感器，传感器的使用寿命长。

附图说明

图1为声学谐振腔式声导管结构剖视示意图。

图2为图1中局部I放大示意图。

图3为使用状态结构示意图。

图4为声波经过谐振腔体的距离x与振幅y之间关系图。

图中：1声导管，2谐振腔体，3谐振管，4a、4b振动膜，5a、5b、5c法兰，6a、6b压盖，7传感器，8锅炉炉体。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本发明作进一步描述：

参照图1和2，声学谐振腔式声导管具有声导管1，在声导管1内置有与声导管1后端连接的谐振腔体2，声导管1和谐振腔体2通过各自的法兰5a、5b连接。所述谐振腔体2的结构是，设有谐振管3，在谐振管3的前、后端平行设有振动膜4a和4b。振动膜4a和4b均采用耐高温隔热的聚四氟乙烯膜或锡箔纸通过压盖6a、6b压装于谐振管3的前、后端，为增加振动膜4a和4b的声波反射强度可在聚四氟乙烯膜上镀金属光亮膜，例如：镀铝、银、铬等；振动膜4a和4b亦可采用粘接剂粘接于谐振管3的前、后端。谐振管3可采用金属管，最佳采用聚四氟乙烯管。

参照图3，使用时，将声学谐振腔式声导管的声导管1前端与锅炉炉体8连接，可采用焊接连接，声导管1后端的法兰5a、谐振腔体2后端的法兰5b和传感器7盒体的法兰5c连接。

参照图1和4，声学谐振腔式声导管的谐振频率应在锅炉炉内承压管水汽泄漏时产生的声音频率范围内，因此，谐振腔体2的结构应符合声学波动理论。

具体原理如下：一定波长的声波在谐振腔体2的振动膜4a与振动膜4b之间反射并产生干涉，在波动过程中，v＝f×λ  (1-1)

其中波的频率v、声速f、波长λ。

由共振干涉法可知：当两束幅度相同、方向相反的声波相交时，产生干涉现象，出现驻波。设有一从发射源发出的一定频率的平面声波，我们称之为前进波，方程为：

$y_1=A\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x)$

此前进波经过空气传播，到达接收器。如果接收面与发射面严格平行，入射波即在接收面上垂直反射，反射波为：

$y_2=A\cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x)$

则入射波与反射波合成的声波为：

$y=y_1+y_2=A\cos (\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x)+A\cos (\mathrm{\ωt}+\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x)=\left[2A\cos \frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x\right]\cos \mathrm{\ωt}---(1-2)$

其中ω为声波的角频率，t为声波经过的时间，x为声波经过的距离。

式(1-2)表明，在发射面和接收面之间形成了驻波场，即各点都在作同频率振动，而各点的振幅

是位置x的余弦函数，对应于 $\left|\cos \frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x\right|=0$ 的点静止不动，成为波节H，要使 $\left|\cos \frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}x\right|=1,$ 即应有 $2\mathrm{\π}\frac{x}{\mathrm{\λ}}=\±\mathrm{n\π},$ n＝0，1，2，3，…，因此在 $x=\±n\·\frac{\mathrm{\λ}}{2}$ 处就是波腹J的位置。可见两相邻波腹J(或波节H)间的距离为λ/2(即半波长)，如图4所示。因此，只要测得相邻两波腹J(或波节H)的位置x₁，x₂就可算出波长：

              λ＝2|x₂-x₁|             (1-3)

从而制作出具有特定长度的谐振管3，然后把振动膜4a和4b平行安置连接于一个具有特定长度和结构的谐振管3两端而构成谐振腔体2，然后将其固定在声导管1中。传感器7通过其盒体的法兰5c与谐振腔体2后端的法兰5b、声导管1后端的法兰5a固定于谐振腔体2的振动膜4b后侧。当锅炉炉体8内承压管水汽泄漏噪声传到谐振腔体2，谐振腔体2的振动膜4a产生振动，振动膜4a的振动将声波经空气传到振动膜4b并在振动膜4b上产生反射，由于振动膜4a与振动膜4b之间具有特定距离，使在振动膜4a发出的声波与在振动膜4b产生的反射声波发生干涉形成驻波，并在振动膜4b处形成波腹J，从而实现了滤波和放大声波的功能，因此有利于及时、准确、有效的提取锅炉炉内承压管水汽泄漏信号。

Claims (3)

1.一种声学谐振腔式声导管，它包括声导管，其特征是：在声导管内置有与声导管后端连接的谐振腔体，所述谐振腔体的结构是，设有谐振管，在谐振管的前、后端平行设有振动膜a和b。

2.根据权利要求1所述的声学谐振腔式声导管，其特征是：所述谐振腔体的振动膜a和b均为耐高温隔热振动膜。

3.根据权利要求1或2所述的声学谐振腔式声导管，其特征是：所述耐高温隔热振动膜a和b为聚四氟乙烯膜或锡箔纸。

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