Способ измерения входного комплексного акустического импеданса
Владельцы патента RU 2282160:
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение гидравлических машин" (ОАО "НПО "ГИДРОМАШ") (RU)
Изобретение относится к машиностроительной акустике и может быть использовано при определении акустических характеристик, в частности импеданса различных гидравлических устройств, например насосов и трубопроводных систем. Согласно способу измерения входного комплексного акустического импеданса в трубопроводе, подсоединенном к измеряемому объекту, возбуждают при помощи источника колебаний звуковую волну, измеряют при помощи датчиков звуковые давления в первом и втором разнесенных по длине трубопровода сечениях и разность фаз между указанными звуковыми давлениями. Для получения зависимости импеданса от частоты изменяют частоту анализа (при возбуждении шумового сигнала) либо изменяют частоту источника колебаний (при возбуждении монохроматического сигнала). Изобретение направлено на получение значений действительной и мнимой части комплексного акустического импеданса в зависимости от частоты для прогнозирования резонансных частот столба перекачиваемой среды в комплексе «насос-система» или «вентилятор (компрессор)-система». 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к машиностроительной акустике и может быть использовано при определении акустических характеристик, в частности импеданса, различных гидравлических устройств, например насосов и трубопроводных систем.
Известен способ измерения входного комплексного акустического импеданса методом стоячих волн в т.н. трубе Кундта [Скучик Е. Основы акустики, М., 1958 г., т.1, стр.150], основанный на поиске узла и пучности стоячей волны. При изменении частоты звукового сигнала процедура поиска узла и пучности стоячей волны повторяется. Однако этот способ требует размещения в трубе подвижного приемника звукового давления, что нереализуемо для труб заполненных жидкостью.
Известен способ измерения входного комплексного акустического импеданса лопастного насоса при помощи системы двух поршневых излучателей [А.с. СССР №1560800. МПК 5 F 04 В 51/00 1977 г.]. При изменении фазового соотношения излучения добиваются появления пучности и узла стоячей волны в месте установки датчика звукового давления. После чего по расчетным формулам определяют акустический импеданс. При весьма спорной методологии получения исходных данных для расчета импеданса, известный способ требует наличия громоздкого механического устройства подстройки разности фаз работающих излучателей. При этом процесс измерения занимает весьма длительное время, поскольку измерение на каждой частоте требует тщательной настройки излучателей: сначала на пучность стоячей волны, а затем на ее узел.
Задачей настоящего изобретения является получение значений действительной и мнимой частей акустического импеданса для прогнозирования резонансных частот столба перекачиваемой среды в комплексе "насос-система" или "вентилятор (компрессор)-система". Для достоверного прогнозирования резонансных частот необходимо порознь, например в условиях стенда, провести измерения комплексного акустического импеданса работающего насоса и измерения комплексного акустического импеданса реальной системы.
На чертеже представлена схема устройства для осуществления способа определения входного импеданса лопастного насоса или системы. Гидравлическая магистраль 1 подключена ко входу испытуемого объекта 2 (насоса или трубопроводной системы). Излучатель звуковых колебаний 3 установлен в магистрали 1 и связан с вибростендом 4. Между излучателем звуковых колебаний 3 и испытуемым объектом 2 расположены два датчика звукового давления 5, 6.
Способ осуществляется следующим образом. Устанавливают требуемый режим работы насоса, включают излучатель звуковых колебаний 3 (на монохроматическом или шумовом режиме излучения) и производят замер звуковых давлений датчиками 5, 6 и разности фаз между указанными звуковыми давлениями. После чего изменяют либо частоту излучения (при монохроматическом режиме излучения), либо частоту анализа звуковых колебаний (при шумовом режиме излучения). По результатам измерений определяют действительную и мнимую часть акустического импеданса. При этом расстояние от вспомогательного источника колебаний до датчика в точке 1 должно быть не менее двух калибров, расстояние от исследуемого препятствия до датчика в точке 2 также должно быть не менее двух калибров, частотный диапазон определения акустического импеданса задается следующими условиями:
где:
fmin, fmax (Гц) - нижняя и верхняя границы частотного диапазона;
b(м) - расстояние между датчиками звукового давления:
с(м/с) - скорость звука в среде, заполняющей трубопровод;
D(м) - диаметр (калибр) трубы,
а акустический импеданс определяется из следующих соотношений:
где:
- действительная и мнимая часть акустического импеданса соответственно;
ρ (кг/м3) - плотность среды, заполняющей трубопровод;
с (м/с) - скорость звука в среде, заполняющей трубопровод;
Р1, Р2 (Па) - звуковые давления, измеряемые в точках с координатами х1, х2 соответственно;
Δϕ - разность фаз между звуковыми давлениями;
- волновое число;
f(Гц) - частота.
В предлагаемом способе предусмотрена также возможность при помощи излучателя 3 возбуждения звуковых волн как в виде монохроматических, так и в виде шумовых сигналов.
Применение предложенного способа позволит при помощи простого устройства и за минимальное время проведения испытаний получить значения действительной и мнимой частей акустического импеданса, необходимых для:
- прогнозирования резонансных частот столба перекачиваемой среды в комплексе "насос-система" или "вентилятор (компрессор)-система";
- исследования процессов, протекающих в проточных частях насоса (вентилятора).
1. Способ измерения входного комплексного акустического импеданса, заключающийся в том, что в трубопроводе, подсоединенном к измеряемому объекту, возбуждают при помощи источника колебаний звуковые волны, измеряют при помощи датчиков звуковые давления в первом и втором разнесенных по длине трубопровода сечениях и определяют действительную и мнимую части импеданса, отличающийся тем, что для определения действительной и мнимой частей импеданса при возбуждении звуковых волн и измерения звуковых давлений в указанных сечениях, первое из которых расположено на расстоянии не менее двух калибров от источника колебаний, а второе на таком же расстоянии от измеряемого объекта, дополнительно измеряют разность фаз между звуковыми давлениями в первом и во втором сечениях, изменяют либо частоту анализа, либо частоту излучения и повторяют процедуру измерения, после чего, используя измеренные значения звуковых давлений, разности фаз, скорости звука и расстояния между датчиками применяют следующие выражения:
где
- действительная и мнимая часть акустического импеданса соответственно;
ρ - (кг/м3) плотность среды, заполняющей трубопровод;
с (м/с) - скорость звука в среде, заполняющей трубопровод;
Р1, Р2 (Па) - звуковые давления, измеряемые в точках с координатами х1, х2 соответственно;
Δϕ - разность фаз между звуковыми давлениями;
- волновое число;
f (Гц) - частота,
причем частотный диапазон определения импеданса задают следующими условиями:
где
fmin, fmax (Гц) - нижняя и верхняя границы частотного диапазона;
b (м) - расстояние между датчиками звукового давления:
D (м) - диаметр (калибр) трубы.
2. Способ измерения входного комплексного акустического импеданса по п.1, отличающийся тем, что звуковые волны возбуждают в виде монохроматических сигналов.
3. Способ измерения входного комплексного акустического импеданса по п.1, отличающийся тем, что звуковые волны возбуждают в виде шумового сигнала.
