單級懸臂式離心泵降噪處理

張永祥，羅紹華，吳仁迪，尹紅慶

（重慶水泵廠有限責任公司國家企業技術中心，重慶 400033）

0 引言

噪聲作為離心泵的主要考核指標之一，已經日益成為用戶關注的熱點，噪聲源包括機械噪聲和水力噪聲[1]：機械噪聲主要由內部結構設計不合理、零件安裝偏差、進出口管路系統布置不合理等引起[2]；水力噪聲主要來源于泵內介質誘導[3]。結構設計、泵內介質及零部件安裝等產生的噪聲都可在設計初期或安裝階段予以避免，但設備一旦處于性能試驗階段，遇到噪聲超標問題難以處理，并且學者們在這方面開展的研究工作相對較少。

針對單級懸臂式離心泵在性能試驗階段出現的噪聲超標問題進行逐步剖析，通過調整試驗臺出口管路及閥門布置位置、打磨蝸殼出口導流隔板調整其出口角等措施有效地解決了此問題，提高了泵設備的安全可靠性，同時為后期低噪聲泵的結構設計及試驗臺和管路系統的設計提供技術支撐。

1 試驗測試系統

該試驗用單級懸臂式離心泵為雙蝸殼布置結構，設計流量范圍為100～350 m3/h，額定工作轉速為2980 r/min，蝸殼導流隔板的出口方向與水平方向夾角δ約69°（圖4），技術要求在距泵表面1 m的任意測點處，噪聲幅值均不超過93 dB（A）。

性能試驗均在公司試驗臺完成，試驗裝置由冷水罐、閥門、電機、試驗泵、壓力表等組成，噪聲測點分布如圖1所示，距離泵表面1 mm，試驗現場如圖2所示。

2 試驗結果及分析

2.1 出口管路系統對噪聲的影響

首次試驗時選用的出口管路直徑為150 mm，閥門位于距離泵出口法蘭0.5 m位置處，彎頭位于距泵出口1.5 m處，測得噪聲值見表1。

根據測試數據表1得知，各測點噪聲水平隨著流量的增大而升高，當流量增大至200 m3/h時，噪聲幅值均大于93 dB，尤其是⑥和⑦號測點在351 m3/h流量下噪聲幅值分別高達102.7 dB和101.4 dB，這可能是由于這2個測點均位于泵組的上側，距離出口管路相對較近，懷疑是出口管路的彎頭及閥門距離泵出口法蘭位置較近引起的水力沖擊噪聲，因此，去掉其出口管路彎頭，將流量調節閥門后的鋼管更換為軟管，再次試驗測得各測點的噪聲情況如表2所示。

圖1 噪聲測點分布

圖2 試驗現場

由測試數據表2可知，在相同流量點下同一測點的噪聲水平較首次試驗明顯下降，其中大流量最為明顯，說明泵出口管路連接彎頭引起的水力沖擊對整個機組的噪聲影響較大，通過更換軟管能夠有效降低噪聲，但同時也發現部分測點的噪聲幅值仍大于93 dB，主要表現在測點6位置。因此，將出口閥門前直管段由0.5 m增加至1.5 m，保留閥門后的軟管，試驗測試結果如表3所示。

表1 第一次試驗各測點不同流量下的噪聲幅值dB

表2 更換軟管后各測點不同流量下的噪聲幅值dB

表3 直管加長后各測點不同流量下的噪聲幅值dB

由表2、表3的數據對比分析可知，調整閥門前的直管長度來控制閥門的位置并沒有使噪聲降低，反而有所升高，在試驗過程中借助聽診儀能夠很明顯的聽到介質沖擊管壁的聲音。因此，懷疑是否泵出口介質流速過快，蝸殼導流隔板出口角度設計不合理而導致噪聲超標，為排查其影響因素，調整蝸殼導流隔板出口角度δ和出口管路直徑逐一進行試驗測試。

2.2 蝸殼導流隔板出口角對噪聲的影響

離心泵的流道設計分為單蝸殼和雙蝸殼布置，雙蝸殼結構其徑向力基本保持平衡，泵運行穩定且在非設計工況效率比單蝸殼約高2%[4]。該泵的蝸殼導流隔板出口中心線與泵出口的夾角δ設計約69°（圖3）。當泵內介質高速流經出口時與管路的內壁發生碰撞沖擊，激起漩渦，會產生較大的水力誘導噪聲。為減輕上述影響，打磨蝸殼導流隔板出口，將夾角δ增大至約75°后測噪聲幅（表4）。

圖3 雙蝸殼泵

表4 增大隔板出口角后各測點不同流量下的噪聲幅值dB

由表3、表4對比得知，增大蝸殼導流隔板出口與泵出口的夾角δ后，各測點的噪聲幅值明顯下降，尤其是靠近泵出口管路的測點6，流量在270 m3/h和350 m3/h的噪聲幅值分別由96.5 dB和98.8 dB下降至89.1 dB和94.5 dB，說明泵蝸殼導流隔板出口角δ對管路的水力沖擊噪聲影響很大，水力設計時合理選擇δ值能夠有效降低泵組噪聲。

表4中的噪聲最大幅值較要求值仍相差1.5 dB，需要再進一步降噪處理。在第四次試驗過程中仍能夠聽到介質沖擊出口管路內壁的聲音。但是由于前期受水力結構設計影響，無法再調整蝸殼導流隔板，因此繼續從管路系統出發，通過增大出口管徑以降低介質出口流速再一次進行試驗。

2.3 出口管徑對噪聲的影響試驗

將出口閥門前端的直管管徑由150 mm加大至200 mm，用異徑管接頭與泵出口連接，其余條件保持不變，測得噪聲值如表5所示。

表5 增大出口管徑后各測點噪聲幅值dB

由表5可得知，將出口管路直徑增大為200 mm后，各測點噪聲幅值均在93 dB以內，但與表4相對比，部分測點噪聲水平略有上升，這可能與試驗環境和測試誤差有關，這里不再贅述。

3 結論

通過調整單級懸臂式離心泵試驗管路系統中的出口閥門安裝位置、雙蝸殼導流隔板出口角及出口管路直徑等措施，進行噪聲測試試驗，得到以下結論：

（1）出口流量調節閥門或彎管安裝在距離泵出口大于或等于1.5倍管徑的位置能夠有效降低噪聲，這對用戶現場的管路布置具有一定的工程參考價值。

（2）對于雙蝸殼單級懸臂離心泵，增大蝸殼導流隔板出口中心線與泵出口的夾角δ能夠有效降低水力沖擊噪聲，這對低噪聲泵研制具有重要意義。

（3）增大出口管路直徑，降低介質出口流速，對泵組系統的降噪有一定作用。