船用離心泵減振降噪與數(shù)值模擬探討

摘 要：目前大多數(shù)船舶動力系統(tǒng)是借助離心泵來實現(xiàn)的，一旦離心泵工作過程中出現(xiàn)嚴重的振動現(xiàn)象，船舶的正常航行將受到影響。基于此，本文以船用離心泵為研究主體，首先分析船用離心泵出現(xiàn)振動噪聲的原因，針對這些原因提出設(shè)計改進，并對改進后的離心泵進行數(shù)值模擬，以期降低離心泵的噪聲。

關(guān)鍵詞：船用離心泵；減振；降噪；數(shù)值模擬

中圖分類號：U664.58 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0214-01

引 言

本文主要從船用離心泵的設(shè)計改進入手，通過改變泵殼結(jié)構(gòu)的手段來解決船用離心泵的振動問題，并通過數(shù)值模擬來驗證改進后的減振降噪效果。

1 船用離心泵振動噪音成因

在船用離心泵運行的過程中，離心泵內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件的相互作用易造成轉(zhuǎn)輪振動，影響機組安全運行。實際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導致船用離心泵出現(xiàn)振動噪音的因素如下：①設(shè)計不合理引起的振動噪音。由于船用離心泵結(jié)構(gòu)復雜且是非對稱結(jié)構(gòu)，故一旦設(shè)計不合理，機組內(nèi)部流體會流動紊亂，從而導致機組內(nèi)部壓力分布不均勻，產(chǎn)生的壓力脈動易造成泵體出現(xiàn)非正常振動，因此要防止設(shè)計原因造成的機組振動噪聲。②制造工藝不良造成的振動噪音。船用離心泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，對于制造工藝的精度要求較高。例如若泵體的葉輪不光滑，極易造成泵體旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量分布不均勻，從而產(chǎn)生振動噪音。③機組安裝的不合理導致泵體產(chǎn)生振動噪音。機組在進行安裝的過程中，對基準面的選取要求極為嚴格，若選取出現(xiàn)誤差，就會導致泵軸和管道的安裝錯誤，這極易導致機組的振動噪音。

2 船用離心泵減振措施及模擬

為探討如何有效降低船用離心泵振動噪音，筆者選取某一船用離心泵進行試驗模擬，該離心泵為單殼體泵，泵和電機的連接方式為剛性連接，相關(guān)參數(shù)為：流量Q=350m3/h，揚程H=38m，轉(zhuǎn)數(shù)n=2950r/min，噪聲≤85dB。

2.1 設(shè)計改進

本次的設(shè)計改進方案包括：將泵殼單體變?yōu)殡p殼體，并提升泵殼的強度；將泵和電機間的連接方式由剛性連接改進為彈性連接；增加泵配件的精度（將水泵葉輪、轉(zhuǎn)子部件及電機轉(zhuǎn)子平衡精度等級由G6.3級提高到G2.5級）；對泵腳板處的加強筋方位進行改進，并增加鋼筋的根數(shù)，同時泵進口位置增加加強筋；將機組的電機支座由原始的焊接件變?yōu)殍T件；對機組軸承布置位置進行調(diào)整，使軸承自身承受軸向力。

2.2 試驗數(shù)值模擬

首先，對設(shè)計改進前后泵的流場模擬進行分析，通過分析模擬圖，可發(fā)現(xiàn)改進后的泵體徑向壓力大幅度減小，整個泵體的振動幅度相比原設(shè)計明顯減小。

表1給出焊接底座及改進后的鑄造底座模態(tài)前十階頻率。其中，泵的轉(zhuǎn)動軸頻為50Hz，蹦的葉頻為300Hz。從表1中我們可以得知，鑄造電機支座的固有頻率遠遠高于焊接底座，尤其是第一、二、三階固有頻率是水泵葉頻的3～4.8倍，明顯優(yōu)于焊接底座，故可以得出電機機組支座采用鑄造的方式遠優(yōu)于焊接底座，可以大幅度減小機組振動噪聲。

從表2中我們能夠得出，經(jīng)過設(shè)計改進后的泵體不管是基腳振動級、機身振動烈度還是空氣噪聲指標都是小于規(guī)范要求值的，說明此次泵體的設(shè)計改進效果明顯，能夠減小泵體的振動噪聲。

3 結(jié) 論

本文在對船用離心泵振動噪音成因進行分析的基礎(chǔ)上，以某一離心泵為研究主體，提出運用設(shè)計改進的方式來解決泵體的振動噪聲，并借助數(shù)值模擬對改進前后泵體內(nèi)總壓分布圖以及底板模態(tài)進行分析，通過數(shù)值模擬可知，改進后泵體的各振動噪聲小于規(guī)范值，因此值得在實際泵體設(shè)計中推廣應用。

參考文獻

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收稿日期：2018-11-16