離心泵噪聲相關研究進展

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）

離心泵噪聲相關研究進展

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）

主要是通過實驗檢測的方法，測量不同比轉數(shù)葉輪的離心泵在改變轉速的情況下上下游的水流噪聲,研究泵的上下游聲壓級差與泵轉速以及輪舌間隙的關系。

離心泵；噪聲來源；噪聲測試

1　離心泵噪聲來源分析

1.1離心泵在設計過程中的噪音

離心泵的噪音主要是來自于在設計和制造過程中產(chǎn)生震動而造成的噪聲，由于離心泵是一種旋轉式的機械，所以會在運作時產(chǎn)生兩種噪音，一種來自機械本身，一種來自于機械轉動內(nèi)部流體。當前主動控制技術的發(fā)展已經(jīng)使得機械噪音得到減小，但是離心泵內(nèi)部流體誘導噪聲來源復雜多變，涉及到的頻率范圍更廣泛。由于在蝸殼或?qū)~等過流零件模型圖設計的過程中，不可避免會出現(xiàn)流道上的技術偏差，因此很容易導致內(nèi)部流場分布不均,最終造成了使用過程中離心泵發(fā)生物理振動，引起噪音問題。同時，因為對離心泵的結構剛性、基礎板剛度考慮不周全，泵的臨界轉速也會在計算的過程中產(chǎn)生誤差[1]。

1.2離心泵在安裝過程中的噪音

在安裝的過程中，導致離心泵出現(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頻率相同、并且保持一致的時候，就會出現(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，底座沒有正確地找準正基準面，管道質(zhì)量不合格，在作用力下管道產(chǎn)生了變形；另外，基礎螺栓質(zhì)量不合格、選用安裝方式布置不當；離心泵性能指標不過關同樣會使離心泵產(chǎn)生噪音。

1.3離心泵在運行過程中的噪音

在運行的過程中，由于離心泵電機的風扇和轉子在空氣中不斷旋轉以及電壓的不穩(wěn)定，轉動時的零件不對稱，轉動部件的不對稱引起的結構振動，就會引起電磁性的噪音，造成磁場的不平衡，電機力之間的距離降低，負載電流不穩(wěn)定，使得電機發(fā)出低沉的聲音；運行過程中，水泵的震動以及水力的振動，運動時流體與固體邊界的耦合以及流體內(nèi)部的湍流，流動分離與流動失穩(wěn)同樣會引發(fā)噪音。

2　離心泵噪聲測試試驗

2.1試驗裝置

該離心泵性能試驗臺是一種開式系統(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，水泵進口真空壓力、出口壓力、渦輪流量計所測流量值以及轉矩轉速儀測得的轉速和扭矩值均經(jīng)相應傳感器送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2.2試驗方法與流程

應用馮濤提出的測量模型和渦聲理論（渦聲理論假設氣體的低馬赫數(shù)并且絕熱簡化得到的，它指出渦是流體動力聲的唯一源項，反映了流場中的發(fā)聲機制，它的提出使得在求解流體誘發(fā)噪聲的時候，只需要考慮流場中含有漩渦的區(qū)域），有利于流動發(fā)聲理論研究和數(shù)值計算。在實驗過程中，運用渦聲理論來分析離心泵的葉輪機械的噪聲來源，采用雷諾k－e模型和大渦模型進行計算。

2.3試驗結果

隨著出口壓力的增加，離心泵流動噪聲主要諧頻的聲壓總體呈上升趨勢的，在區(qū)間（0.15，0.18）上呈下降趨勢?？偝隹趬毫υ?.15MPa附近時，聲壓達到一個最大值，為172.5 dB；在壓力為0.18MPa附近時，聲壓達到了一個最小值，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，在區(qū)間（0～0.1）上幾乎呈平穩(wěn)趨勢，在0.1MPa時達到極小值；在（0.1，0.15）上增長頻率變大，在0.14 mpa時達到了極大值，在（0.14，0.2）區(qū)間上呈下降趨勢。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也基本一致。

3　結論與改造方法

3.1基本結論

對離心泵進行設計改進之后，可對泵運行時的振動噪聲進行測試，最終的實驗結果顯示，離心泵流動的噪音和壓力脈動及不穩(wěn)定流動產(chǎn)生的漩渦直接相關，優(yōu)化葉輪的間隙可以降低離心泵的噪音。但是當間隙增加到24%時雖然明顯降低了噪音，但同時也會影響離心泵的使用；改變離心泵葉片的數(shù)量也可以降低噪音。但是同樣的，當葉片數(shù)量過少時會增加水力的損失和流力的能動損失。所以需要適當?shù)目紤]葉片數(shù)量和能動力之間的關系，找準葉片進口處的安放角度。

離心泵的噪音主要由于寬帶噪音和離散噪音的疊加，在實際的運行中，流體運動和葉輪的轉動產(chǎn)生的空化、回流及脫流現(xiàn)象也會產(chǎn)生強烈的噪聲，液流不均勻性所導致的水動力是離心泵噪音來源的本質(zhì)因素，離心泵噪音的生成部位主要集中在流體和結構的接觸位，可以抑制生成部位來降低振動，從而減少噪音。在不同環(huán)境下，離心泵的實際使用中，離心泵的噪音會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別高于上游，并且轉速越大，差級越大。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，可以通過切割葉輪來改變它的形狀和性能，擴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，它的揚程會減小，從而降低了離心泵的使用功率[2]。

3.2改進措施

在設計過程中，可以將離心泵和電動機由傳統(tǒng)的剛性聯(lián)接改為彈性聯(lián)接，同時要改變離心泵泵殼的結構，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，使得流道形成一個整體，并且增加強度。為了保證葉輪和轉子部件的動平衡，平衡精度等級由G6.3級提高到G2.5級，并編制工藝檢驗文件進行質(zhì)量檢測。為了保證泵的裝配精度，需要特別控制葉輪口環(huán)對離心泵的跳動，并且在裝配時需要反復對工序進行檢查，設計專用結構的泵蓋代替泵體止口定位。同時改變泵腳板加強筋位置并增加數(shù)量，在泵進口設置加強筋。

在制造過程中，采用新設備和工藝制造方法，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，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程中產(chǎn)生的內(nèi)應力，保證加工尺寸的穩(wěn)定性。

[1]周新義,吳有生.流體動力性噪聲的相似關系研究[J].聲學學報, 2012(7):373-378.

[2]李曉宏,劉克.離心泵水動力學噪聲參數(shù)測控系統(tǒng)的設計與分析[J].流體機械,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，高級工程師，主要從事水泵設計、項目策劃、技術質(zhì)量管理等工作。