离心泵噪声相关研究进展

凌素琴，刘莉，唐晓晨

（江苏振华泵业股份有限公司，江苏泰州225500）

离心泵噪声相关研究进展

凌素琴，刘莉，唐晓晨

（江苏振华泵业股份有限公司，江苏泰州225500）

主要是通过实验检测的方法，测量不同比转数叶轮的离心泵在改变转速的情况下上下游的水流噪声,研究泵的上下游声压级差与泵转速以及轮舌间隙的关系。

离心泵；噪声来源；噪声测试

1　离心泵噪声来源分析

1.1离心泵在设计过程中的噪音

离心泵的噪音主要是来自于在设计和制造过程中产生震动而造成的噪声，由于离心泵是一种旋转式的机械，所以会在运作时产生两种噪音，一种来自机械本身，一种来自于机械转动内部流体。当前主动控制技术的发展已经使得机械噪音得到减小，但是离心泵内部流体诱导噪声来源复杂多变，涉及到的频率范围更广泛。由于在蜗壳或导叶等过流零件模型图设计的过程中，不可避免会出现流道上的技术偏差，因此很容易导致内部流场分布不均,最终造成了使用过程中离心泵发生物理振动，引起噪音问题。同时，因为对离心泵的结构刚性、基础板刚度考虑不周全，泵的临界转速也会在计算的过程中产生误差[1]。

1.2离心泵在安装过程中的噪音

在安装的过程中，导致离心泵出现噪音的因素多种多样。最主要的是由于离心泵的固定频率和其他管道等的振动频率相同、并且保持一致的时候，就会出现共振现象，使得离心泵产生噪音。造成共振的原因是离心泵在安装时，底座没有正确地找准正基准面，管道质量不合格，在作用力下管道产生了变形；另外，基础螺栓质量不合格、选用安装方式布置不当；离心泵性能指标不过关同样会使离心泵产生噪音。

1.3离心泵在运行过程中的噪音

在运行的过程中，由于离心泵电机的风扇和转子在空气中不断旋转以及电压的不稳定，转动时的零件不对称，转动部件的不对称引起的结构振动，就会引起电磁性的噪音，造成磁场的不平衡，电机力之间的距离降低，负载电流不稳定，使得电机发出低沉的声音；运行过程中，水泵的震动以及水力的振动，运动时流体与固体边界的耦合以及流体内部的湍流，流动分离与流动失稳同样会引发噪音。

2　离心泵噪声测试试验

2.1试验装置

该离心泵性能试验台是一种开式系统，首先离心泵将吸水池2中的水吸入管路9，经压水管路13排入水箱14。在吸水管路和压水管路上均装有阀门，水泵进口真空压力、出口压力、涡轮流量计所测流量值以及转矩转速仪测得的转速和扭矩值均经相应传感器送入数据采集系统。

2.2试验方法与流程

应用冯涛提出的测量模型和涡声理论（涡声理论假设气体的低马赫数并且绝热简化得到的，它指出涡是流体动力声的唯一源项，反映了流场中的发声机制，它的提出使得在求解流体诱发噪声的时候，只需要考虑流场中含有漩涡的区域），有利于流动发声理论研究和数值计算。在实验过程中，运用涡声理论来分析离心泵的叶轮机械的噪声来源，采用雷诺k－e模型和大涡模型进行计算。

2.3试验结果

随着出口压力的增加，离心泵流动噪声主要谐频的声压总体呈上升趋势的，在区间（0.15，0.18）上呈下降趋势。总出口压力在0.15MPa附近时，声压达到一个最大值，为172.5 dB；在压力为0.18MPa附近时，声压达到了一个最小值，大约为169.8 dB。在0.07 MPa和0.18 MPa两处有极小值，其中在0.18MPa处达到最小。

轴频分量普遍地都是要高于其它分量，与叶片频之间的差距最大，平均相差5 dB；轴频声压随着出口压力的不断增长，在区间（0～0.1）上几乎呈平稳趋势，在0.1MPa时达到极小值；在（0.1，0.15）上增长频率变大，在0.14 mpa时达到了极大值，在（0.14，0.2）区间上呈下降趋势。在0.1 MPa和0.2MPa处有极小值，在0.15MPa处声压最大；二倍轴频处声压随出口压力变化起伏较大，在0.01MPa处有最大值，甚至超过轴频分量，在此压力后，其值随出口压力的增大起伏下降；叶片频和二倍叶片频处声压随出口压力增大而起伏下降，两者之间的变化趋势也基本一致。

3　结论与改造方法

3.1基本结论

对离心泵进行设计改进之后，可对泵运行时的振动噪声进行测试，最终的实验结果显示，离心泵流动的噪音和压力脉动及不稳定流动产生的漩涡直接相关，优化叶轮的间隙可以降低离心泵的噪音。但是当间隙增加到24%时虽然明显降低了噪音，但同时也会影响离心泵的使用；改变离心泵叶片的数量也可以降低噪音。但是同样的，当叶片数量过少时会增加水力的损失和流力的能动损失。所以需要适当的考虑叶片数量和能动力之间的关系，找准叶片进口处的安放角度。

离心泵的噪音主要由于宽带噪音和离散噪音的叠加，在实际的运行中，流体运动和叶轮的转动产生的空化、回流及脱流现象也会产生强烈的噪声，液流不均匀性所导致的水动力是离心泵噪音来源的本质因素，离心泵噪音的生成部位主要集中在流体和结构的接触位，可以抑制生成部位来降低振动，从而减少噪音。在不同环境下，离心泵的实际使用中，离心泵的噪音会随着叶片的增加而增加，随着轮舌间隙的减少而增加。而且离心泵的下游声压级别高于上游，并且转速越大，差级越大。离心泵的噪声主要是集中在叶轮出口位置，因此在叶片处集中了大部分能量，可以通过切割叶轮来改变它的形状和性能，扩大离心泵的使用范围。这样不仅可以降低噪音，还可以减少成本。但是这种方法存在着弊端：离心泵的叶片在切割之后，它的扬程会减小，从而降低了离心泵的使用功率[2]。

3.2改进措施

在设计过程中，可以将离心泵和电动机由传统的刚性联接改为弹性联接，同时要改变离心泵泵壳的结构，将泵体的单壳模式改为双壳体，将流道砂芯分别打造，将芯骨相连接，使得流道形成一个整体，并且增加强度。为了保证叶轮和转子部件的动平衡，平衡精度等级由G6.3级提高到G2.5级，并编制工艺检验文件进行质量检测。为了保证泵的装配精度，需要特别控制叶轮口环对离心泵的跳动，并且在装配时需要反复对工序进行检查，设计专用结构的泵盖代替泵体止口定位。同时改变泵脚板加强筋位置并增加数量，在泵进口设置加强筋。

在制造过程中，采用新设备和工艺制造方法，为了保证叶轮和弧面的配合，车削加工由原普通卧车加工改为数控卧车加工。支座的车削加工由普通立车加工改为数控立车加工,同时，在支座粗、精加工之间增加一次退火热处理，以更好地消除铸钢件在加工过程中产生的内应力，保证加工尺寸的稳定性。

[1]周新义,吴有生.流体动力性噪声的相似关系研究[J].声学学报, 2012(7):373-378.

[2]李晓宏,刘克.离心泵水动力学噪声参数测控系统的设计与分析[J].流体机械,2015(1):15-17.

（编辑：王红霖）

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，江苏泰州人，本科，现就职于江苏振华泵业股份有限公司，高级工程师，主要从事水泵设计、项目策划、技术质量管理等工作。