一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，屬于工業(yè)清洗領(lǐng)域。該裝置在噴嘴裝置振蕩腔體外周和振蕩腔碰撞面下端設(shè)置信號(hào)采集孔，傳感器一端連接信號(hào)采集孔，一端連接多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)采前端，通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器拾取到的信息進(jìn)行處理分析，并將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，獲得HHT時(shí)頻亮度譜圖及HHT邊際譜圖。通過(guò)綜合分析比較來(lái)判定信號(hào)中各個(gè)頻率成分的來(lái)源，提取振蕩頻率成分。為進(jìn)一步分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、來(lái)流參數(shù)等對(duì)自激振蕩的影響，研究自激振蕩射流機(jī)理，獲得最佳自激振蕩射流效果提供了有效手段。本裝置操作方便，反應(yīng)直觀，為將來(lái)的噴嘴裝置產(chǎn)品出廠檢測(cè)提供了測(cè)試手段。
【專利說(shuō)明】一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及工業(yè)清洗領(lǐng)域，特別是指一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水射流是以水為介質(zhì)，通過(guò)高壓發(fā)生裝置獲得巨大能量后，用一種特定的流體運(yùn)動(dòng)方式，從一定形狀的噴嘴，以很高的速度噴射出來(lái)、能量高度集中的一股水流。自激振蕩射流是利用流體力學(xué)、流體共振、流體彈性學(xué)和水聲學(xué)等原理發(fā)展起來(lái)的一種新型高效脈沖射流，是一種典型的非定常多相流動(dòng)，是通過(guò)自激在特殊的流體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生振蕩，將連續(xù)射流變成振蕩脈沖射流。它兼有脈沖射流、空化射流的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的水射流實(shí)驗(yàn)以破碎實(shí)驗(yàn)和空化噪聲分析為主。破碎實(shí)驗(yàn)通過(guò)射流的打擊效果進(jìn)行分析，而無(wú)法對(duì)射流本身的流體動(dòng)力特征進(jìn)行分析，這種檢測(cè)方法具有其局限性，包括無(wú)法辨別振蕩的來(lái)源，反應(yīng)振蕩情況不夠直觀等。因此，研制一種操作方便且反應(yīng)直接直觀的射流噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)的檢測(cè)方法對(duì)于自激振蕩射流噴嘴的產(chǎn)品化生產(chǎn)及自激振蕩射流技術(shù)的推廣與應(yīng)用具有重要意義。
[0003]在自激振蕩射流流場(chǎng)中，各點(diǎn)的流體力學(xué)特性不僅隨其位置變化而變化，而且隨著時(shí)間變化而變化，流體質(zhì)點(diǎn)的速度隨位置和時(shí)間產(chǎn)生一定的波動(dòng)，呈非定常狀態(tài)。此外，由于自激振蕩效果的產(chǎn)生不僅與振蕩腔結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，還與水射流的工作參數(shù)相關(guān)，而在整個(gè)工作系統(tǒng)中，由于電機(jī)、水泵和管路等因素的影響，射流中包含的干擾因素較多。以快速傅立葉為核心的傳統(tǒng)頻譜分析方法在平穩(wěn)信號(hào)特征提取中發(fā)揮了重要作用，但對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)其結(jié)果失去了物理意義?？焖俑道锶~變換(FFT)頻譜有較嚴(yán)重的能量泄露并且分辨率較低，得到的圖像較分散，頻帶分辨困難。因此研制一種專用于自激振蕩射流裝置腔內(nèi)非定常流動(dòng)特性的檢測(cè)方法有其必要性。一方面，考慮到在脈沖射流形成過(guò)程中的非定常流動(dòng)特性，噴嘴裝置振蕩腔體的信號(hào)采集孔需按照不同高度和相位布置，以便采集到腔內(nèi)不同位置的壓力脈動(dòng)信號(hào)；另一方面，通過(guò)對(duì)壓力信號(hào)的高頻采樣，通過(guò)希爾伯特黃變換(HHT)得到時(shí)間一頻率一能量三維圖，頻帶更為集中和清晰，有利于分析自激噴嘴的頻率特性，研究脈沖射流的形成機(jī)理。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置。
[0005]一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，包括水箱、過(guò)濾器、水泵、單向閥、流量計(jì)、安全截止閥、蓄能器、壓力表、噴嘴裝置、振蕩腔體外周信號(hào)采集孔、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔、噴嘴裝置入水口、噴嘴裝置出水口、多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)；其中水箱、過(guò)濾器、水泵、單向閥和流量計(jì)依次相連，在流量計(jì)和壓力表之間設(shè)置安全截止閥和蓄能器，噴嘴裝置上布置振蕩腔體外周信號(hào)采集孔、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔、噴嘴裝置入水口和噴嘴裝置出水口，振蕩腔體外周信號(hào)采集孔和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，在振蕩腔體外周按照不同相位和高度設(shè)置有振蕩腔體外周信號(hào)采集孔，以避免采集孔在空間位置上的干涉，并可保證采集到腔內(nèi)不同位置的振蕩信息，在振蕩腔碰撞面設(shè)置有振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔，保證采集到碰撞面處的水壓脈動(dòng)信息，以便研究腔內(nèi)非定常流動(dòng)特性及脈沖射流的形成機(jī)理；且振蕩腔體外周信號(hào)采集孔和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔采用變徑設(shè)計(jì)，即在傳感器安裝孔的基礎(chǔ)上鉆小孔，這樣既能保證可以測(cè)到水壓，也避免了在有限體積上的干涉問(wèn)題。
[0006]一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，其檢測(cè)方法為:由水泵提供的高壓水通過(guò)系統(tǒng)管路接入噴嘴裝置，流量計(jì)用來(lái)計(jì)量系統(tǒng)中的工作水的流量，蓄能器用來(lái)吸收泵的脈動(dòng)，減少傳感器采集到的信號(hào)中的干擾信息，高動(dòng)態(tài)微型壓力傳感器分別通過(guò)螺紋連接擰入振蕩腔體外周信號(hào)采集孔和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔，采集振蕩信息，通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器拾取到的信息傳輸?shù)蕉喙δ軘?shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)采前端，通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)定合適的采樣頻率將傳感器拾取到的信息進(jìn)行處理分析，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出送入計(jì)算機(jī)，通過(guò)HHT時(shí)頻分析方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和后處理，進(jìn)而提取所需要的自激振蕩信息，研究振蕩射流效果。
[0007]其中，HHT時(shí)頻分析方法首先通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，即通過(guò)不同的尺度將振蕩腔體外周信號(hào)采集孔和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔采集到的壓力脈動(dòng)信號(hào)分解成一系列本征模函數(shù)(IMF)，各IMF分量很好的提取了原信號(hào)內(nèi)部頻率信息，使信號(hào)得到精確的表達(dá)；然后對(duì)每一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換，求出每個(gè)固有模態(tài)函數(shù)隨時(shí)間變化的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值，從而獲得信號(hào)幅值的時(shí)間-頻率聯(lián)合分布一希爾伯特譜，進(jìn)一步可獲得HHT時(shí)頻亮度譜圖和希爾伯特邊際譜，邊際譜是對(duì)信號(hào)中各個(gè)頻率成分的幅值的整體測(cè)度，它表示了信號(hào)在概率意義上的累積幅值，反映了信號(hào)的幅值在整個(gè)頻率段上隨頻率的變化情況。
[0008]上述的希爾伯特譜、HHT時(shí)頻亮度譜圖及HHT邊際譜圖是將振蕩腔體外周信號(hào)采集孔和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔采集到的壓力脈動(dòng)信號(hào)通過(guò)MATLAB程序語(yǔ)言進(jìn)行HHT時(shí)頻分析處理獲得的。
[0009]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0010]本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)便，無(wú)需傳統(tǒng)的靶距打擊實(shí)驗(yàn)，成本低，工作效率高；通過(guò)設(shè)置信號(hào)采集孔安裝傳感器拾取振蕩信號(hào)的方式，采用HHT時(shí)頻分析方法對(duì)振蕩信號(hào)中各頻率組成成分進(jìn)行提取，對(duì)比分析振蕩腔內(nèi)壓力脈動(dòng)信號(hào)的頻率和幅度，實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)的檢測(cè)分析功能，該功能也為將來(lái)的產(chǎn)業(yè)化質(zhì)量控制提供了測(cè)試手段，為自激振蕩射流的研究奠定了基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為振蕩腔體外周信號(hào)采集孔的分布設(shè)計(jì)圖；
[0013]圖3為振蕩腔碰撞面下端信號(hào)采集孔的分布設(shè)計(jì)圖；
[0014]圖4為采用本實(shí)用新型的信號(hào)檢測(cè)分析方法獲得的HHT時(shí)頻亮度譜圖和邊際譜圖。
[0015][主要元件符號(hào)說(shuō)明][0016]I一水箱；
[0017]2—過(guò)濾器；
[0018]3—7K 泵；
[0019]4 一單向閥；
[0020]5一流量計(jì)；
[0021]6—安全截止閥；
[0022]7—蓄能器；
[0023]8—壓力表；
[0024]9一噴嘴裝置；
[0025]10—振蕩腔體外周信號(hào)采集孔；
[0026]11一振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔；
[0027]12—噴嘴裝置入水口 ；
[0028]13—噴嘴裝置出水口 ；
[0029]14一多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0030]15—計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032]本實(shí)用新型提供一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置。
[0033]如圖1所示，一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，包括水箱1、過(guò)濾器2、水泵3、單向閥4、流量計(jì)5、安全截止閥6、蓄能器7、壓力表8、噴嘴裝置9、振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11、噴嘴裝置入水口 12、噴嘴裝置出水口 13、多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14和計(jì)算機(jī)15 ;其中水箱1、過(guò)濾器2、水泵3、單向閥4和流量計(jì)5依次相連，在流量計(jì)5和壓力表8之間設(shè)置安全截止閥6和蓄能器7，噴嘴裝置9上布置振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11、噴嘴裝置入水口 12和噴嘴裝置出水口 13，振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14與計(jì)算機(jī)15相連。
[0034]如圖2所示，(b)為(a)中A-A剖面圖，在振蕩腔體外周按照不同相位和高度設(shè)置有振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10，以避免采集孔在空間位置上的干涉，并可保證采集到腔內(nèi)不同位置的振蕩信息，在振蕩腔碰撞面設(shè)置有振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11，保證采集到碰撞面處的水壓脈動(dòng)信息，以便研究腔內(nèi)非定常流動(dòng)特性及脈沖射流的形成機(jī)理。
[0035]如圖2和圖3所示，振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11采用變徑設(shè)計(jì)，為避免在有限的體積內(nèi)的空間干涉，在攻出與傳感器連接的螺紋安裝孔之后，采用在安裝孔基礎(chǔ)上鉆小孔的方式檢測(cè)水壓。
[0036]如圖1所示的裝置結(jié)構(gòu)，其檢測(cè)方法為:由水泵3提供的高壓水通過(guò)系統(tǒng)管路接入噴嘴裝置9，流量計(jì)5用來(lái)計(jì)量系統(tǒng)中的工作水的流量，蓄能器7用來(lái)吸收泵的脈動(dòng)，減少傳感器采集到的信號(hào)中的干擾信息，高動(dòng)態(tài)微型壓力傳感器分別通過(guò)螺紋連接擰入振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11，采集振蕩信息，通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14將傳感器拾取到的信息傳輸?shù)蕉喙δ軘?shù)據(jù)采集系統(tǒng)14數(shù)采前端，通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)14設(shè)定合適的采樣頻率將傳感器拾取到的信息進(jìn)行處理分析，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)出送入計(jì)算機(jī)15，通過(guò)HHT時(shí)頻分析方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和后處理，進(jìn)而提取所需要的自激振蕩信息，研究振蕩射流效果。
[0037]其中，HHT時(shí)頻分析方法首先通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)，即通過(guò)不同的尺度將振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11采集到的壓力脈動(dòng)信號(hào)分解成一系列本征模函數(shù)(IMF)，各IMF分量很好的提取了原信號(hào)內(nèi)部頻率信息，使信號(hào)得到精確的表達(dá)；然后對(duì)每一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)進(jìn)行希爾伯特變換，求出每個(gè)固有模態(tài)函數(shù)隨時(shí)間變化的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值，從而獲得信號(hào)幅值的時(shí)間-頻率聯(lián)合分布一希爾伯特譜，進(jìn)一步可獲得HHT時(shí)頻亮度譜圖和希爾伯特邊際譜，邊際譜是對(duì)信號(hào)中各個(gè)頻率成分的幅值的整體測(cè)度，它表示了信號(hào)在概率意義上的累積幅值，反映了信號(hào)的幅值在整個(gè)頻率段上隨頻率的變化情況。
[0038]上述的希爾伯特譜、HHT時(shí)頻亮度譜圖及HHT邊際譜圖是將振蕩腔體外周信號(hào)采集孔10和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔11采集到的壓力脈動(dòng)信號(hào)通過(guò)MATLAB程序語(yǔ)言進(jìn)行HHT時(shí)頻分析處理獲得的。
[0039]如圖4所示，從用該方法獲得的的HHT時(shí)頻亮度譜圖和邊際譜圖中可以看出:(a)中HHT時(shí)頻亮度譜圖中有三條譜線，大約是40?60Hz，110?150Hz，250?310Hz。(b)中所示的邊際譜中反映的信息比較清晰，存在三段頻帶成分，與亮度譜圖中的信息一致。
[0040]而實(shí)際試驗(yàn)中使用三柱塞水泵，工作轉(zhuǎn)速在2500?3000R/m，圖4中振幅最大的頻帶在40?60Hz與電機(jī)的工作頻率吻合；頻帶105?140Hz與水泵單柱塞的運(yùn)動(dòng)頻率一致；根據(jù)自激噴嘴頻率公式計(jì)算，該自激噴嘴激振頻率應(yīng)在200?600Hz之間，經(jīng)過(guò)分析提取的頻譜中，在250?310Hz之間的頻帶，推斷應(yīng)為自激噴嘴的振蕩頻率。從圖4中可以看出，各頻段頻率隨時(shí)間變化，但變化是以各自中心頻率為主,上下波動(dòng)。泵和電機(jī)由于系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速和流量的波動(dòng)等因素而繞中心頻率上下波動(dòng)，自激振蕩頻率波動(dòng)是由于自激頻率由噴嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)共同決定，在射流過(guò)程中流體壓力的脈動(dòng)，空隙度和氣液混合密度的變化導(dǎo)致的波速的變化對(duì)系統(tǒng)的頻率特性影響很大。通過(guò)改變不同工況，可進(jìn)一步分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)、來(lái)流參數(shù)等對(duì)自激振蕩的影響，研究自激振蕩射流機(jī)理，獲得最佳自激振蕩射流效果。
[0041]以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:該裝置包括水箱(I)、過(guò)濾器(2)、水泵(3)、單向閥(4)、流量計(jì)(5)、安全截止閥(6)、蓄能器(7)、壓力表(8)、噴嘴裝置(9)、振蕩腔體外周信號(hào)采集孔(10)、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔(11)、噴嘴裝置入水口(12)、噴嘴裝置出水口(13)、多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(14)和計(jì)算機(jī)(15);其中水箱(I)、過(guò)濾器(2)、水泵(3)、單向閥(4)和流量計(jì)(5)依次相連，在流量計(jì)(5)和壓力表(8)之間設(shè)置安全截止閥(6)和蓄能器(7)，噴嘴裝置(9)上布置振蕩腔體外周信號(hào)采集孔(10)、振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔(11)、噴嘴裝置入水口(12)和噴嘴裝置出水口(13)，振蕩腔體外周信號(hào)采集孔(10)和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔(11)通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(14)與計(jì)算機(jī)(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:在振蕩腔體外周按照不同相位和高度設(shè)置有振蕩腔體外周信號(hào)采集孔(10)，在振蕩腔碰撞面設(shè)置有振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:振蕩腔體外周信號(hào)采集孔(10)和振蕩腔體碰撞面下端信號(hào)采集孔(11)采用變徑設(shè)計(jì)，即在傳感器安裝孔的基礎(chǔ)上鉆小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓水射流自激噴嘴腔內(nèi)振蕩信號(hào)檢測(cè)裝置，其特征在于:根據(jù)實(shí)驗(yàn)采集振蕩信號(hào)的性質(zhì)，傳感器選用動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)較高的高頻響動(dòng)態(tài)壓力傳感器。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK203824736SQ201420253178
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】馬飛, 馬琳, 汪暉, 柳靖, 趙靜 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)