[發明專利]一種面向低頻的脈動壓力衰減裝置及其性能測試方法

有效

• 申請號: 201810339485.5
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108593273B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 聶松林;郭曰偉;李芹;楊浩
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;F16L55/05
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種面向低頻的脈動壓力衰減裝置及其性能測試方法，該衰減裝置主要由管接頭(1)、殼體(2)、O型密封圈(3)、壓蓋(4)、彈性薄板(5)以及內六角螺栓等組成。殼體由不銹鋼板料焊接而成，圍成主容腔(8)，壓蓋(4)分別與直徑各不相同的彈性薄板(5)圍成靜壓平衡腔(6)，主容腔與靜壓平衡腔通過靜壓平衡孔相連通。當直驅泵按照額定頻率運行時，主容腔內脈動壓力與彈性薄板相互作用，由于壓力脈動基頻至四次諧波頻率分別與各彈性薄板一階固有頻率相同，薄板將產生共振，達到對脈動壓力進行衰減的目的。

技術領域

本發明屬于流體脈動衰減裝置及其性能測試技術領域，涉及一種面向低頻的脈動壓力衰減裝置及其性能測試方法。基于結構共振的原理，本發明提出了一種脈動壓力衰減裝置及其衰減效果的測試方法。

背景技術

作為一種新型艦船用艙底疏水泵，直驅泵由直線電機直接帶動柱塞在缸筒內往復運動實現吸水和排水，避免了傳統疏水泵的中間轉換裝置，提高了工作效率，避免了較大的振動噪聲和脈動流量輸出。與其他液壓系統一樣，直驅泵系統的振動及噪聲主要來源于機械振動及噪聲和流致振動及噪聲，其中機械振動及噪聲可通過在直驅泵底座安裝橡膠隔振器等比較成熟的措施進行控制和衰減。但直驅泵系統輸出的脈動流量在系統阻抗的作用下將產生脈動壓力，進而引起管道的振動和噪聲。這些振動及噪聲會通過管道傳播到艦船本體，不僅會影響工作人員的身體健康和生活環境，而且會降低艦船的隱蔽性，甚至使其遭受致命的打擊。通過相關試驗可知，當直驅泵本體結構振動在得到有效控制后，脈動壓力便成為了引起的管道振動最主要的原因。因此，衰減直驅泵出口脈動，降低流致管道振動，對降低艦船振動和噪聲以及提高直驅泵管道系統的可靠性具有重要意義。

直接降低脈動流量是控制脈動壓力最根本有效的方法。盡管采取了一系列措施(例如優化直線電機控制算法、改善配流閥結構等)，但鑒于直驅泵工作原理，要完全消除系統脈動流量是無法實現的。因此，單純地通過優化直驅泵結構及控制算法來降低脈動流量，進而對脈動壓力進行控制的方法是難以取得較好效果的，需要尋求其他方法對直接對脈動壓力進行衰減。

常用的流體濾波器按照原理可分為阻性型、抗性型和蓄能器。

阻性濾波器利用脈動波在經過多孔介質或其他吸聲材料介質時，通過流體介質與阻性材料發生摩擦作用消耗能量，以達到衰減流體脈動壓力目的的一類濾波器。該型濾波器濾雖然濾波波頻段較寬，但在低頻時性能較差；同時，流體介質流經阻性材料時要克服摩擦力，會產生較大的沿程壓力損失，降低系統效率；并且摩擦產生的熱能可能改變流體介質的性能，對系統的可靠性造成負面影響，所以阻性濾波器在實際中應用的較少。

抗性流體濾波器是通過在管道系統中增設截面突變的管段或體積容腔，利用流體流經上述管段或容腔時阻抗發生改變，使脈動波發生反射、干涉，以達到濾除某些頻段脈動壓力的目的。根據結構形式的不同，抗性濾波器分為支管式、容腔式以及共振式，其中共振式濾波器又可分為赫姆霍茲諧振式和結構共振式。由于該型濾波器具有結構簡單、成本低廉等特點，所以在各工程領域有著廣泛的應用。但當系統壓力脈動頻率復雜時，該型濾波器體積大、濾波頻段單一以及適應性差的缺點就會凸顯出來，在一定程度上限制了其應用范圍。

蓄能器是利用可蓄能介質將系統中部分能量轉化為勢能，并在系統需要時候進行釋放，從而避免系統壓力發生突變的一種能量儲蓄裝置。根據連接方式的不同，蓄能器可分并聯式蓄能器和串聯式蓄能器。其中并聯式蓄能器結構簡單，成本較低，但只對低頻的脈動壓力有良好的衰減效果，且衰減頻段單一，應用受限。串聯式蓄能器與流體接觸充分，對高頻脈動壓力有著較好的衰減效果，且濾波頻段較寬，但該型蓄能器結構復雜，成本較高。

隨著計算機和自動控制技術的發展，主動式濾波器越來越引起國內外學者的重視。但由于實際脈動源頻率的復雜性以及控制系統的滯后，所以很難對脈動源進行有效的衰減；同時由于主動控制系統復雜，成本較高，該型濾波器目前還處于理論研究階段，在實際工程中應用較少。