離心泵噪聲相關(guān)研究進(jìn)展

凌素琴，劉莉，唐曉晨

（江蘇振華泵業(yè)股份有限公司，江蘇泰州225500）

離心泵噪聲相關(guān)研究進(jìn)展

凌素琴，劉莉，唐曉晨

（江蘇振華泵業(yè)股份有限公司，江蘇泰州225500）

主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的方法，測(cè)量不同比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的離心泵在改變轉(zhuǎn)速的情況下上下游的水流噪聲,研究泵的上下游聲壓級(jí)差與泵轉(zhuǎn)速以及輪舌間隙的關(guān)系。

離心泵；噪聲來(lái)源；噪聲測(cè)試

1　離心泵噪聲來(lái)源分析

1.1離心泵在設(shè)計(jì)過(guò)程中的噪音

離心泵的噪音主要是來(lái)自于在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中產(chǎn)生震動(dòng)而造成的噪聲，由于離心泵是一種旋轉(zhuǎn)式的機(jī)械，所以會(huì)在運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生兩種噪音，一種來(lái)自機(jī)械本身，一種來(lái)自于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)部流體。當(dāng)前主動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得機(jī)械噪音得到減小，但是離心泵內(nèi)部流體誘導(dǎo)噪聲來(lái)源復(fù)雜多變，涉及到的頻率范圍更廣泛。由于在蝸殼或?qū)~等過(guò)流零件模型圖設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不可避免會(huì)出現(xiàn)流道上的技術(shù)偏差，因此很容易導(dǎo)致內(nèi)部流場(chǎng)分布不均,最終造成了使用過(guò)程中離心泵發(fā)生物理振動(dòng)，引起噪音問(wèn)題。同時(shí)，因?yàn)閷?duì)離心泵的結(jié)構(gòu)剛性、基礎(chǔ)板剛度考慮不周全，泵的臨界轉(zhuǎn)速也會(huì)在計(jì)算的過(guò)程中產(chǎn)生誤差[1]。

1.2離心泵在安裝過(guò)程中的噪音

在安裝的過(guò)程中，導(dǎo)致離心泵出現(xiàn)噪音的因素多種多樣。最主要的是由于離心泵的固定頻率和其他管道等的振動(dòng)頻率相同、并且保持一致的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，使得離心泵產(chǎn)生噪音。造成共振的原因是離心泵在安裝時(shí)，底座沒(méi)有正確地找準(zhǔn)正基準(zhǔn)面，管道質(zhì)量不合格，在作用力下管道產(chǎn)生了變形；另外，基礎(chǔ)螺栓質(zhì)量不合格、選用安裝方式布置不當(dāng)；離心泵性能指標(biāo)不過(guò)關(guān)同樣會(huì)使離心泵產(chǎn)生噪音。

1.3離心泵在運(yùn)行過(guò)程中的噪音

在運(yùn)行的過(guò)程中，由于離心泵電機(jī)的風(fēng)扇和轉(zhuǎn)子在空氣中不斷旋轉(zhuǎn)以及電壓的不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的零件不對(duì)稱，轉(zhuǎn)動(dòng)部件的不對(duì)稱引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，就會(huì)引起電磁性的噪音，造成磁場(chǎng)的不平衡，電機(jī)力之間的距離降低，負(fù)載電流不穩(wěn)定，使得電機(jī)發(fā)出低沉的聲音；運(yùn)行過(guò)程中，水泵的震動(dòng)以及水力的振動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)流體與固體邊界的耦合以及流體內(nèi)部的湍流，流動(dòng)分離與流動(dòng)失穩(wěn)同樣會(huì)引發(fā)噪音。

2　離心泵噪聲測(cè)試試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)裝置

該離心泵性能試驗(yàn)臺(tái)是一種開(kāi)式系統(tǒng)，首先離心泵將吸水池2中的水吸入管路9，經(jīng)壓水管路13排入水箱14。在吸水管路和壓水管路上均裝有閥門(mén)，水泵進(jìn)口真空壓力、出口壓力、渦輪流量計(jì)所測(cè)流量值以及轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀測(cè)得的轉(zhuǎn)速和扭矩值均經(jīng)相應(yīng)傳感器送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2.2試驗(yàn)方法與流程

應(yīng)用馮濤提出的測(cè)量模型和渦聲理論（渦聲理論假設(shè)氣體的低馬赫數(shù)并且絕熱簡(jiǎn)化得到的，它指出渦是流體動(dòng)力聲的唯一源項(xiàng)，反映了流場(chǎng)中的發(fā)聲機(jī)制，它的提出使得在求解流體誘發(fā)噪聲的時(shí)候，只需要考慮流場(chǎng)中含有漩渦的區(qū)域），有利于流動(dòng)發(fā)聲理論研究和數(shù)值計(jì)算。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)用渦聲理論來(lái)分析離心泵的葉輪機(jī)械的噪聲來(lái)源，采用雷諾k－e模型和大渦模型進(jìn)行計(jì)算。

2.3試驗(yàn)結(jié)果

隨著出口壓力的增加，離心泵流動(dòng)噪聲主要諧頻的聲壓總體呈上升趨勢(shì)的，在區(qū)間（0.15，0.18）上呈下降趨勢(shì)。總出口壓力在0.15MPa附近時(shí)，聲壓達(dá)到一個(gè)最大值，為172.5 dB；在壓力為0.18MPa附近時(shí)，聲壓達(dá)到了一個(gè)最小值，大約為169.8 dB。在0.07 MPa和0.18 MPa兩處有極小值，其中在0.18MPa處達(dá)到最小。

軸頻分量普遍地都是要高于其它分量，與葉片頻之間的差距最大，平均相差5 dB；軸頻聲壓隨著出口壓力的不斷增長(zhǎng)，在區(qū)間（0～0.1）上幾乎呈平穩(wěn)趨勢(shì)，在0.1MPa時(shí)達(dá)到極小值；在（0.1，0.15）上增長(zhǎng)頻率變大，在0.14 mpa時(shí)達(dá)到了極大值，在（0.14，0.2）區(qū)間上呈下降趨勢(shì)。在0.1 MPa和0.2MPa處有極小值，在0.15MPa處聲壓最大；二倍軸頻處聲壓隨出口壓力變化起伏較大，在0.01MPa處有最大值，甚至超過(guò)軸頻分量，在此壓力后，其值隨出口壓力的增大起伏下降；葉片頻和二倍葉片頻處聲壓隨出口壓力增大而起伏下降，兩者之間的變化趨勢(shì)也基本一致。

3　結(jié)論與改造方法

3.1基本結(jié)論

對(duì)離心泵進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)之后，可對(duì)泵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)噪聲進(jìn)行測(cè)試，最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，離心泵流動(dòng)的噪音和壓力脈動(dòng)及不穩(wěn)定流動(dòng)產(chǎn)生的漩渦直接相關(guān)，優(yōu)化葉輪的間隙可以降低離心泵的噪音。但是當(dāng)間隙增加到24%時(shí)雖然明顯降低了噪音，但同時(shí)也會(huì)影響離心泵的使用；改變離心泵葉片的數(shù)量也可以降低噪音。但是同樣的，當(dāng)葉片數(shù)量過(guò)少時(shí)會(huì)增加水力的損失和流力的能動(dòng)損失。所以需要適當(dāng)?shù)目紤]葉片數(shù)量和能動(dòng)力之間的關(guān)系，找準(zhǔn)葉片進(jìn)口處的安放角度。

離心泵的噪音主要由于寬帶噪音和離散噪音的疊加，在實(shí)際的運(yùn)行中，流體運(yùn)動(dòng)和葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的空化、回流及脫流現(xiàn)象也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲，液流不均勻性所導(dǎo)致的水動(dòng)力是離心泵噪音來(lái)源的本質(zhì)因素，離心泵噪音的生成部位主要集中在流體和結(jié)構(gòu)的接觸位，可以抑制生成部位來(lái)降低振動(dòng)，從而減少噪音。在不同環(huán)境下，離心泵的實(shí)際使用中，離心泵的噪音會(huì)隨著葉片的增加而增加，隨著輪舌間隙的減少而增加。而且離心泵的下游聲壓級(jí)別高于上游，并且轉(zhuǎn)速越大，差級(jí)越大。離心泵的噪聲主要是集中在葉輪出口位置，因此在葉片處集中了大部分能量，可以通過(guò)切割葉輪來(lái)改變它的形狀和性能，擴(kuò)大離心泵的使用范圍。這樣不僅可以降低噪音，還可以減少成本。但是這種方法存在著弊端：離心泵的葉片在切割之后，它的揚(yáng)程會(huì)減小，從而降低了離心泵的使用功率[2]。

3.2改進(jìn)措施

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將離心泵和電動(dòng)機(jī)由傳統(tǒng)的剛性聯(lián)接改為彈性聯(lián)接，同時(shí)要改變離心泵泵殼的結(jié)構(gòu)，將泵體的單殼模式改為雙殼體，將流道砂芯分別打造，將芯骨相連接，使得流道形成一個(gè)整體，并且增加強(qiáng)度。為了保證葉輪和轉(zhuǎn)子部件的動(dòng)平衡，平衡精度等級(jí)由G6.3級(jí)提高到G2.5級(jí)，并編制工藝檢驗(yàn)文件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。為了保證泵的裝配精度，需要特別控制葉輪口環(huán)對(duì)離心泵的跳動(dòng)，并且在裝配時(shí)需要反復(fù)對(duì)工序進(jìn)行檢查，設(shè)計(jì)專用結(jié)構(gòu)的泵蓋代替泵體止口定位。同時(shí)改變泵腳板加強(qiáng)筋位置并增加數(shù)量，在泵進(jìn)口設(shè)置加強(qiáng)筋。

在制造過(guò)程中，采用新設(shè)備和工藝制造方法，為了保證葉輪和弧面的配合，車削加工由原普通臥車加工改為數(shù)控臥車加工。支座的車削加工由普通立車加工改為數(shù)控立車加工,同時(shí)，在支座粗、精加工之間增加一次退火熱處理，以更好地消除鑄鋼件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，保證加工尺寸的穩(wěn)定性。

[1]周新義,吳有生.流體動(dòng)力性噪聲的相似關(guān)系研究[J].聲學(xué)學(xué)報(bào), 2012(7):373-378.

[2]李曉宏,劉克.離心泵水動(dòng)力學(xué)噪聲參數(shù)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析[J].流體機(jī)械,2015(1):15-17.

（編輯：王紅霖）

Research Progress on Noise of Centrifugal Pum p

Ling Suqin,Liu Li,Tang Xiaochen
(Jiangsu Zhenhua Pump Industry Co.,Ltd.,Taizhou Jiangsu 225500)

Mainly through experimental testing,the upstream and downstream flow noise of centrifugal pumps with different specific speed impeller in the case of changing speed are measured,and the relationship between upstream and downstream sound pressure difference of pump and pump speed and tongue gap is studied.

centrifugal pump;noise source;noise test

TH311

A

2095-0748(2016)21-0035-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.21.15

2016-10-09

凌素琴（1974—），女，江蘇泰州人，本科，現(xiàn)就職于江蘇振華泵業(yè)股份有限公司，高級(jí)工程師，主要從事水泵設(shè)計(jì)、項(xiàng)目策劃、技術(shù)質(zhì)量管理等工作。