[发明专利]气体管路噪声源特性预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体管路噪声预测方法，特别是一种通过测量气体管路的管壁振动来预测管内噪声源特性方法。

背景技术

管道系统广泛存在于石油化工、船舶营运等行业，输流管道工作过程中的振动和噪声往往会对工作环境及管路精密仪器附件的正常工作产生不良影响，因此研究以阀门噪声为代表的管路附件的噪声源特性成为管道振动噪声控制方面至关重要的一部分。

衡量气体管路附件噪声通常有四种方式：(1)压力脉动传感器直接测量管内流体脉动；(2)采用IEC60534-8-3或GB/T17213.15国内外标准预测管道内外的噪声；(3)通过管壁振动预测管外辐射噪声；(4)通过声级计或传声器直接测量管路附件辐射到管外的噪声。第一种方法测量原理简单，测量时需要将传感器感应面深入管内，但实际安装时，传感器敏感面不易与管内壁平齐，高压、高速的气体介质流过传感器时会产生新的干扰噪声源，因而影响测量精度，且实验成本较高；第二种方法通过测量阀门前后的管内压力及管内气体流量及密度，利用标准提供的计算方法预测管路附件噪声，该方法计算时需要知道阀门类型修正系数和压力恢复系数，对声源类型参数依赖较强，且测试系统复杂，适用性较差；后两种方法操作简单，但只能预测管路附件辐射到环境的噪声。

Fagerlund早在1988年就提出了一个利用管壁振动预测阀门噪声的方法(Allen C.Fagerlund.Use of pipewall Vibrations to Measure Valve Noise[J].Fisher Controls Technical Monograph 33，pp1-8 1988.)，他通过管道传递损失将测量的管壁振动信号转化为管外一点的噪声信号，但因其使用范围在管外吻合频率和环频率之间的限制以及管壁传递损失的计算精度较差，使其一直未能得到推广，Eberhart等人在2005年尝试采用有限元的方法预测管道传递损失(Richard Eberhart，Fred W.Catron，Allen C.Fagerlund Piping noise transmission loss calculations using finite element analysis[R].Noise-Con2005，October17-19，2005.)，为传递损失计算提供一个新的思路，但其计算复杂且计算精度无明显提高。同年，Catron & MannIII(Catron & MannIII.Comparison of Models for Piping Transmission Loss Measurements.Noise-Con 2005，Minneapolis，Minnesota，October 17-19，2005：1-8.)将现存的三种传递损失计算公式进行了对比分析，发现Lyon的传递损失计算模型在0.5倍管外吻合频率以上均具有较高的精度，在0.5倍管外吻合频率以下仍难以计算。

2010年，Catron通过声压反馈对阀门开度进行控制，从而达到降低阀门噪声的目的，并将该方法申请了专利(US7,814,936，B2)。该专利是利用管壁振动预测管外的噪声，并以此噪声值作为反馈，控制管路中阀门的开度，该专利中的技术以Catron在2005年Noise-Control会议发表的论文为基础，传递损失的计算延续之前基于统计能量的计算方法，但该方法只适用于对中、高频噪声的预测计算，无法实现全频域的阀门噪声预测。

目前，国内外的研究均未明确管壁振动与管内噪声在频域内的转换关系，且以往通过管壁振动预测管外辐射噪声的方法已被证明仅适用于管外吻合频率和环频率之间，所以直接利用以往的传递损失和辐射效率计算公式，反推得到的管壁振动与管内脉动之间的关系式，在应用时也存在频率范围限制。

发明内容

本发明的目的还在于提供一种可以避免在管路系统噪声源特性预测时传感器引起的干扰脉动，简单，成本低的气体管路噪声源特性预测方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)采集管壁振动信号；

(2)对采集的振动信号进行预处理，所述预处理包括：采用傅里叶变换将采集的时域信号转换为频域信号、采用ISOR1683的规定将转换后的振动加速度频域值转换为振动加速度级；

(3)通过振动与噪声转换技术(The Vibration-to-Sound Conversion Technology，简称VSCT)将测得的振动加速度级信号转换为管内脉动声压级信号，进而分析噪声源特性。