一种消音器消音特性测试系统的制作方法

本发明涉及燃烧室的消音器技术，特别是一种消音器消音特性测试系统。

背景技术：

燃烧振荡是燃气轮机低污染燃烧技术中不可回避的问题，燃烧振荡会产生强烈的压力波动、流动和燃烧不稳定性，引起燃烧室固体振动，导致热周疲劳和燃烧室损坏。因此解决燃烧振荡问题是低污染燃烧室开发中的一个重要工作。常用的方法有主动控制和被动控制两种。其中被动控制通过加装消声器，增加声能的耗散，削弱燃烧振荡的强度或者避免燃烧振荡的发生。因为没有旋转部件，性能可靠，在实际中应用广泛。消声器包括亥姆霍兹共振器、1/4波长管以及声衬等。亥姆霍兹共振器和1/4波长管一般用来吸收窄带、中频的压力波动。声衬则可以吸收宽带、高频信号，结构节凑，在燃机燃烧室中更为常见。消音结构一般包括喉部（或者多孔板）和共振腔。燃机燃烧室应用条件下，一般需要在空腔中通入低温空气，从喉部（或者多孔板上）的小孔内进入燃烧室。这种设计一方面可以冷却消音器，另一方面可以改善消音器消声效果。

开发一种新的燃烧室，选择合适的消音器，对消除或削弱燃烧振荡强度有重要意义。高效消音器，对安装位置、喉部结构或多孔板中的小孔的形状和布局、低温空气流量等都有要求。需要借助一定的测试手段，研究其消声效果，改进结构从而找到最佳的结构和布置方案。因此设计一种测试消音效果的测试系统，对燃气轮机燃烧室及其它相关有消音需求的设备的研发有必要的。

技术实现要素：

本发明提供了一种消音器消音特性测试系统，利用该测试系统可以研究消音器结构、冷空气流速和冷空气温度等对消音效果的影响，为发展性能优异的消音器器和解决燃机燃烧振荡问题提供支持。

本发明的技术方案如下：

一种消音器消音特性测试系统，其特征在于：包括测试装置、压力波动发生系统、压力波动测量系统和空气系统，测试装置分别与压力波动发生系统、测量系统和空气系统连接；

测试装置包括声波管；压力波动发生系统包括信号发生器、功率放大器和扬声器；压力波动测量系统包括压力波动传感器、动态信号采集器、动态信号处理和分析器；

待测消音器与声波管连接，声波管的端部连接扬声器，扬声器与功率放大器连接，功率放大器与信号发生器连接；声波管上连接有至少两个压力波动传感器，压力波动传感器均连接至动态信号采集器，动态信号采集器与动态信号处理和分析器连接；声波管连接有空气来源。

所述空气系统用于提供空气来源。空气系统包括空气气源、流量调节阀、流量计、加热器和温度仪表等，空气气源通过管线连接至测试装置，管线上依次安装有所述流量调节阀、流量计、加热器和温度仪表。通过流量计监测通入的空气气源流量大小并通过流量调节阀控制空气气源的流量大小，通过温度仪监测通入的空气气源的温度值并通过加热器及时调整通入空气气源的温度。

所述消音器消音特性测试系统，可以用于测量的待测消音器的种类，包括亥姆霍兹共振器、1/4波长管以及声衬等。

根据关注的声学特性不同，待测消音器可以有不同装配形式，例如：

（1）所述测试装置可以采用两个声波管，待测消音器固定于两个声波管之间，每个声波管上对应连接两个压力波动传感器，一个声波管的端部设置空气出口，另一个声波管的端部连接扬声器；空气通过待测消音器分别进入声波管内，从空气出口出去。

将待测消音器安装在两声波管之间，压力波动传播方向与亥姆霍兹共振器或1/4波长管的喉部或者声衬小孔的轴线截面垂直（即压力波动传感器的安装方向），用于测量待测消音器对切向方向传播的压力波动的吸声效果。

（2）所述测试装置也可以采用一个声波管，声波管的一端设置空气进口，另一端设置有空气出口。在靠近空气进口的声波管上连接待测消音器，待测消音器上开设空气进口；声波管另一端设置有空气出口，空气出口的下游连接扬声器。

将待测消音器安装在声波管的一端，压力波动传播方向与亥姆霍兹共振器或1/4波长管的喉部或者声衬小孔的轴线平行，用于测量待测消音器对法向方向传播的压力波动的吸收效果。

本发明的效果和优点如下：

（1）本测试系统包括测试装置、声波发生装置、测试系统和空气系统等，方便通过声学处理方法，测试消音器的消音效果；还可应用于其它声学特性的实验测试。

（2）改变消音器的安装位置，就可以获得消音器对不同传播方向上的消音效果。将消音器安装在两个声波管之间，并在两个声波管各布置两只压力波动传感器，可以测量声衬对切向传播的声波的吸收效果；将声衬安装在声波管的一端，可以获得声衬对法向传播的声波的吸声效果。

（3）本测试系统设计有空气系统；通过调节阀、流量计、加热器和温度仪表等，方便调节进入实验件的空气流量和温度，可以研究进气温度对声腔的影响。这样的设计可以模拟接近燃烧室工作环境，对工程更有指导意义。

附图说明

图1为本发明的切向声波吸收效果测试系统图；

图2为本发明的法向声波吸收效果测试系统图。

其中，附图标记为：1-空气气源，2-流量调节阀，3-流量计，4-加热器，5-温度仪表，6-空气进口，7-空气出口，8-待测消音器，9-压力波动传感器一，10-压力波动传感器二，11-压力波动传感器三，12-压力波动传感器四，13-声波管一，14-声波管二，15-扬声器，16-功率放大器，17-信号发生器，18-动态信号采集器，19-动态信号处理和分析器，20-声波管三。

具体实施方式

一种消音器消音特性测试系统包括测试装置、压力波动发生系统、测量系统和空气系统，测试装置分别与压力波动发生系统、测量系统和空气系统连接。

测试装置包括声波管；压力波动发生系统包括信号发生器17、功率放大器16和扬声器15；压力波动测量系统包括压力波动传感器、动态信号采集器18、处理和分析器。

待测消音器8与声波管连接，声波管的端部连接扬声器15，扬声器15与功率放大器16连接，功率放大器16与信号发生器17连接；声波管上连接有至少两个压力波动传感器，压力波动传感器均连接至动态信号采集器18，动态信号采集器18与动态信号处理和分析器19连接；声波管连接有空气来源。

所述空气系统用于提供空气来源。空气系统包括空气气源1、流量调节阀2、流量计3、加热器4和温度仪表5等，空气气源1通过管线连接至测试装置，管线上依次安装有所述流量调节阀2、流量计3、加热器4和温度仪表5。通过流量计3监测通入的空气气源1流量大小并通过流量调节阀2控制空气气源1的流量大小，通过温度仪监测通入的空气气源1的温度值并通过加热器4及时调整通入空气气源1的温度。

所述消音器消音特性测试系统，可以用于测量的待测消音器8的种类，包括亥姆霍兹共振器、1/4波长管以及声衬等。根据关注的声学特性不同，待测消音器8可以有不同装配形式，例如：

（1）如图1所示，所述测试装置可以采用两个声波管，待测消音器8固定于声波管一13和声波管二14之间，声波管一13上对应连接压力波动传感器一9和压力波动传感器二10，声波管一14上对应连接压力波动传感器三11和压力波动传感器四12，声波管一13的端部设置空气出口7，声波管二14的端部连接扬声器15；空气通过待测消音器8进入两个声波管内，从空气出口7出去。

将待测消音器8安装在声波管一13和声波管二14之间，压力波动传播方向与待测消音器8的喉部（即亥姆霍兹共振器或1/4波长管的喉部或者声衬小孔）轴线截面垂直，用于测量待测消音器8对切向方向传播的压力波动的吸声效果。

（2）如图2所示，所述测试装置也可以采用一个声波管，声波管三20的一端设置空气进口6，另一端设置有空气出口7。在靠近空气进口6的声波管三20上连接待测消音器8，空气从该端部通入，经过待测消音器8进入声波管三20内；在靠近空气出口7的声波管三20上固定连接扬声器15，空气从该端部出去。

将待测消音器8安装在声波管的一端，压力波动传播方向与待测消音器8的喉部（即亥姆霍兹共振器或1/4波长管的喉部或者声衬小孔）的轴线平行，用于测量待测消音器8对法向方向传播的压力波动的吸收效果。

本发明的原理是：

信号发生器17提供可调制的不同频率的正弦电压信号，经过功率放大器16放大之后驱动扬声器15；扬声器15可以在声波管中激发出一定频率的压力波动。

通过不同位置布置的若干压力波动传感器，用于测量压力波动的强度，采集的信号输入信号采集器。借助一定的声学计算方法，就可以分析计算得到消音器的吸声效果。

气源提供实验用的空气，空气经过加热器4后，进入声衬空腔，并从声衬多孔板中进入声波管。空气流量计3和调节阀用来控制空气的流量。加热器4的功率可调，用来改变进入声衬的空气的温度，研究空气流量和温度对消音器消音效果的影响。