單級(jí)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(zé)任公司國(guó)家企業(yè)技術(shù)中心，重慶 400033）

0 引言

噪聲作為離心泵的主要考核指標(biāo)之一，已經(jīng)日益成為用戶(hù)關(guān)注的熱點(diǎn)，噪聲源包括機(jī)械噪聲和水力噪聲[1]：機(jī)械噪聲主要由內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、零件安裝偏差、進(jìn)出口管路系統(tǒng)布置不合理等引起[2]；水力噪聲主要來(lái)源于泵內(nèi)介質(zhì)誘導(dǎo)[3]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、泵內(nèi)介質(zhì)及零部件安裝等產(chǎn)生的噪聲都可在設(shè)計(jì)初期或安裝階段予以避免，但設(shè)備一旦處于性能試驗(yàn)階段，遇到噪聲超標(biāo)問(wèn)題難以處理，并且學(xué)者們?cè)谶@方面開(kāi)展的研究工作相對(duì)較少。

針對(duì)單級(jí)懸臂式離心泵在性能試驗(yàn)階段出現(xiàn)的噪聲超標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行逐步剖析，通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)出口管路及閥門(mén)布置位置、打磨蝸殼出口導(dǎo)流隔板調(diào)整其出口角等措施有效地解決了此問(wèn)題，提高了泵設(shè)備的安全可靠性，同時(shí)為后期低噪聲泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)臺(tái)和管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

該試驗(yàn)用單級(jí)懸臂式離心泵為雙蝸殼布置結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量范圍為100～350 m3/h，額定工作轉(zhuǎn)速為2980 r/min，蝸殼導(dǎo)流隔板的出口方向與水平方向夾角δ 約69°（圖4），技術(shù)要求在距泵表面1 m 的任意測(cè)點(diǎn)處，噪聲幅值均不超過(guò)93 dB（A）。

性能試驗(yàn)均在公司試驗(yàn)臺(tái)完成，試驗(yàn)裝置由冷水罐、閥門(mén)、電機(jī)、試驗(yàn)泵、壓力表等組成，噪聲測(cè)點(diǎn)分布如圖1 所示，距離泵表面1 mm，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖2 所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 出口管路系統(tǒng)對(duì)噪聲的影響

首次試驗(yàn)時(shí)選用的出口管路直徑為150 mm，閥門(mén)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(cè)得噪聲值見(jiàn)表1。

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)表1 得知，各測(cè)點(diǎn)噪聲水平隨著流量的增大而升高，當(dāng)流量增大至200 m3/h 時(shí)，噪聲幅值均大于93 dB，尤其是⑥和⑦號(hào)測(cè)點(diǎn)在351 m3/h 流量下噪聲幅值分別高達(dá)102.7 dB 和101.4 dB，這可能是由于這2 個(gè)測(cè)點(diǎn)均位于泵組的上側(cè)，距離出口管路相對(duì)較近，懷疑是出口管路的彎頭及閥門(mén)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(diào)節(jié)閥門(mén)后的鋼管更換為軟管，再次試驗(yàn)測(cè)得各測(cè)點(diǎn)的噪聲情況如表2 所示。

圖1 噪聲測(cè)點(diǎn)分布

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

由測(cè)試數(shù)據(jù)表2 可知，在相同流量點(diǎn)下同一測(cè)點(diǎn)的噪聲水平較首次試驗(yàn)明顯下降，其中大流量最為明顯，說(shuō)明泵出口管路連接彎頭引起的水力沖擊對(duì)整個(gè)機(jī)組的噪聲影響較大，通過(guò)更換軟管能夠有效降低噪聲，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)部分測(cè)點(diǎn)的噪聲幅值仍大于93 dB，主要表現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)6 位置。因此，將出口閥門(mén)前直管段由0.5 m 增加至1.5 m，保留閥門(mén)后的軟管，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表1 第一次試驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

表2 更換軟管后各測(cè)點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

表3 直管加長(zhǎng)后各測(cè)點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

由表2、表3 的數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，調(diào)整閥門(mén)前的直管長(zhǎng)度來(lái)控制閥門(mén)的位置并沒(méi)有使噪聲降低，反而有所升高，在試驗(yàn)過(guò)程中借助聽(tīng)診儀能夠很明顯的聽(tīng)到介質(zhì)沖擊管壁的聲音。因此，懷疑是否泵出口介質(zhì)流速過(guò)快，蝸殼導(dǎo)流隔板出口角度設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致噪聲超標(biāo)，為排查其影響因素，調(diào)整蝸殼導(dǎo)流隔板出口角度δ 和出口管路直徑逐一進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。

2.2 蝸殼導(dǎo)流隔板出口角對(duì)噪聲的影響

離心泵的流道設(shè)計(jì)分為單蝸殼和雙蝸殼布置，雙蝸殼結(jié)構(gòu)其徑向力基本保持平衡，泵運(yùn)行穩(wěn)定且在非設(shè)計(jì)工況效率比單蝸殼約高2%[4]。該泵的蝸殼導(dǎo)流隔板出口中心線(xiàn)與泵出口的夾角δ 設(shè)計(jì)約69°（圖3）。當(dāng)泵內(nèi)介質(zhì)高速流經(jīng)出口時(shí)與管路的內(nèi)壁發(fā)生碰撞沖擊，激起漩渦，會(huì)產(chǎn)生較大的水力誘導(dǎo)噪聲。為減輕上述影響，打磨蝸殼導(dǎo)流隔板出口，將夾角δ 增大至約75°后測(cè)噪聲幅（表4）。

圖3 雙蝸殼泵

表4 增大隔板出口角后各測(cè)點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

由表3、表4 對(duì)比得知，增大蝸殼導(dǎo)流隔板出口與泵出口的夾角δ 后，各測(cè)點(diǎn)的噪聲幅值明顯下降，尤其是靠近泵出口管路的測(cè)點(diǎn)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(shuō)明泵蝸殼導(dǎo)流隔板出口角δ 對(duì)管路的水力沖擊噪聲影響很大，水力設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)一步降噪處理。在第四次試驗(yàn)過(guò)程中仍能夠聽(tīng)到介質(zhì)沖擊出口管路內(nèi)壁的聲音。但是由于前期受水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響，無(wú)法再調(diào)整蝸殼導(dǎo)流隔板，因此繼續(xù)從管路系統(tǒng)出發(fā)，通過(guò)增大出口管徑以降低介質(zhì)出口流速再一次進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 出口管徑對(duì)噪聲的影響試驗(yàn)

將出口閥門(mén)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(cè)得噪聲值如表5 所示。

表5 增大出口管徑后各測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)噪聲幅值均在93 dB 以?xún)?nèi)，但與表4 相對(duì)比，部分測(cè)點(diǎn)噪聲水平略有上升，這可能與試驗(yàn)環(huán)境和測(cè)試誤差有關(guān)，這里不再贅述。

3 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整單級(jí)懸臂式離心泵試驗(yàn)管路系統(tǒng)中的出口閥門(mén)安裝位置、雙蝸殼導(dǎo)流隔板出口角及出口管路直徑等措施，進(jìn)行噪聲測(cè)試試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）出口流量調(diào)節(jié)閥門(mén)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(duì)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的管路布置具有一定的工程參考價(jià)值。

（2）對(duì)于雙蝸殼單級(jí)懸臂離心泵，增大蝸殼導(dǎo)流隔板出口中心線(xiàn)與泵出口的夾角δ 能夠有效降低水力沖擊噪聲，這對(duì)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(zhì)出口流速，對(duì)泵組系統(tǒng)的降噪有一定作用。