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
【专利摘要】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。
【专利说明】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】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0005] -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；
[0006] 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；
[0007] 所述若干矢量水听器固定设置在所述机械扫描装置上；
[0008] 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；
[0009] 所述数据采集分析系统与所述若干矢量水听器电性连接；
[0010] 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；
[0011] 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。
[0012] 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；
[0013] 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；
[0014] 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；
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] -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：
[0026] 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；
[0027] 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；
[0028] 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；
[0029] 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；
[0030] 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；
[0031] 步骤六，测试结束后将所有设备依次关闭。
[0032] 采用本发明所述技术方案，能够达到如下有益效果：
[0033] 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；
[0034] 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；
[0035] 3、结构简单，可操作性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是本发明的机械扫描机构安装示意图；
[0037] 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；
[0038] 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；
[0039] 图4是本发明的数据控制和处理框图；
[0040] 图5是本发明常用测量表面截面示意图。
【具体实施方式】
[0041] 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。
[0042] 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 ;
[0043] 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；
[0044] 若干矢量水听器2固定设置在机械扫描装置11上；
[0045] 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；
[0046] 数据采集分析系统4与若干矢量水听器2电性连接；
[0047] 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1〇〇的一段管路3中，喷水推进泵模型5泵壳体51与管路3密封连接；
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 由声学理论可知，声场中沿!方向的声波强度I可表示为：
[0051]
【权利要求】
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。
【文档编号】F04B51/00GK104314801SQ201410648559
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】王宗龙, 李宁, 蔡佑林, 夏立明, 段瑞 申请人:中国船舶工业集团公司第七〇八研究所