離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)研究

離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)研究

1設(shè)置優(yōu)化水力設(shè)計(jì)離心分離工作中產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲已成為社會(huì)的中心問(wèn)題。內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲是離心泵振動(dòng)噪聲的主要形式之一。流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲主要是由流體機(jī)械內(nèi)部的非穩(wěn)定流動(dòng)引起,是目前研究的熱點(diǎn)和前沿,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的相關(guān)研究[2~18],但其產(chǎn)生機(jī)理和發(fā)展規(guī)律還尚未清楚,有待進(jìn)一步深入研究。優(yōu)化水力設(shè)計(jì)是降低離心泵流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)和噪聲的根本方法,因此離心泵關(guān)鍵幾何參數(shù)的選取直接影響內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性。本文以一臺(tái)單級(jí)端吸離心泵為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究葉片進(jìn)口沖角變化對(duì)模型泵性能以及內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性的影響,為建立高性能低振動(dòng)低噪聲離心泵的水力設(shè)計(jì)方法提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。2模型泵的工作原理試驗(yàn)在某研究中心閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行。試驗(yàn)裝置由汽蝕筒、穩(wěn)壓罐、進(jìn)出水管路、閥門、真空泵、電機(jī)、壓力變送器、高頻傳感器、水聽(tīng)器、泵參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。模型泵選用單級(jí)端吸離心泵,在設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行參數(shù)為:流量Q=50m3/h,揚(yáng)程H=30m,轉(zhuǎn)速n=2900r/min。為研究葉片進(jìn)口沖角對(duì)離心泵內(nèi)流誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲特性的影響,將葉片進(jìn)口沖角△β由原設(shè)計(jì)值9°分別變化為3°、6°和12°,同時(shí)保持模型泵其它幾何參數(shù)不變。試驗(yàn)葉輪均采用快速成型的方法加工,如圖1所示。模型泵的外特性由江蘇大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的泵產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析,最終得到泵額定轉(zhuǎn)數(shù)下的流量、揚(yáng)程和效率。試驗(yàn)中使用的進(jìn)出口壓力變送器的量程分別為-100~100kPa和0~600kPa,渦輪流量計(jì)的型號(hào)為L(zhǎng)W-80,流量計(jì)系數(shù)為11.1346,轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量。振動(dòng)噪聲信號(hào)的采集采用虛擬儀器技術(shù)。模型泵在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲信號(hào)由美國(guó)NI公司的PXI-4472B動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模板來(lái)采集,分別用加速度傳感器和水聽(tīng)器測(cè)量模型泵的振動(dòng)和噪聲信號(hào)。加速度傳感器選用美國(guó)PBC公司的MA352A60,使用頻率范圍為5~70kHz。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)量比較,加速度傳感器分別安裝在蝸殼、泵進(jìn)出口法蘭3個(gè)互相垂直的方向以及泵腳上,泵腳的測(cè)點(diǎn)為整體振動(dòng)信號(hào)提供參考基礎(chǔ)。4個(gè)加速度傳感器a1~a4的具體位置如圖2所示。水聽(tīng)器的型號(hào)為ST70,使用頻率范圍為50~70kHz,采用齊平式安裝方式,測(cè)點(diǎn)布置在模型泵出口4倍管徑處,距模型泵出口閥門的距離為2.0m,且水聽(tīng)器與出口閥門之間裝有橡膠管,以盡可能消除閥門的反射影響。加速度傳感器和水聽(tīng)器的輸出信號(hào)通過(guò)采集模板硬件轉(zhuǎn)換輸入到虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序中,應(yīng)用Labview軟件中的DAQAssistant功能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)噪聲信號(hào)的顯示和采集,本文的采樣頻率為20kHz,采樣數(shù)N=2000。3模型泵性能測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GB/T3216-2005,關(guān)閥啟動(dòng)離心泵,并逐步調(diào)節(jié)閥門增加模型泵的流量,使得零流量到最大流量之間的運(yùn)行工況點(diǎn)在13個(gè)以上,并在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近較為密集。待模型泵在每個(gè)工況點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定后,應(yīng)用泵產(chǎn)品測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器動(dòng)態(tài)信號(hào)采集模板同步采集模型泵的性能參數(shù)和振動(dòng)噪聲信號(hào)。信號(hào)的同步采集,大大提高了測(cè)試的精度。3.1沖角對(duì)模型材料沖角的影響圖3為不同葉片進(jìn)口沖角模型泵的外特性曲線。從圖中可以看出,隨著葉片進(jìn)口沖角的增加,模型泵揚(yáng)程和效率呈先增加后降低的變化趨勢(shì),3°和6°沖角模型的性能比較接近,沖角為9°時(shí)模型泵的揚(yáng)程和效率最高,沖角為12°時(shí)模型泵的性能最差,因此說(shuō)明,沖角對(duì)離心泵性能具有一定的影響,并且葉片沖角存在一個(gè)最優(yōu)值,沖角不宜選的過(guò)大。3.2不同葉片沖角模型泵的振動(dòng)特性取振動(dòng)信號(hào)的均方根值T來(lái)表征振動(dòng)的平均能量,則均方根值T的表達(dá)式為:式中N———測(cè)試信號(hào)的數(shù)量Xk———振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量值,k=1,2,…,N圖4為不同葉片進(jìn)口沖角模型泵上各加速度傳感器在全流量范圍內(nèi)測(cè)得的振動(dòng)平均能量的變化曲線。由圖4可知:不同葉片進(jìn)口沖角模型泵4個(gè)加速度傳感器測(cè)得的振動(dòng)強(qiáng)度隨流量增加的變化規(guī)律相似,呈逐步增加的趨勢(shì),且加速度傳感器3(蝸殼)上的振動(dòng)最為劇烈。除9°沖角模型泵外,其余沖角模型泵加速度傳感器2(泵出口法蘭)測(cè)得的振動(dòng)強(qiáng)度最小。葉片進(jìn)口沖角模型泵在大流量時(shí)振動(dòng)強(qiáng)度增加可能是由于此時(shí)泵內(nèi)部發(fā)生空化引起的,空泡的潰滅會(huì)誘發(fā)泵的振動(dòng)。3.3沖角模型泵噪聲信號(hào)的變化規(guī)律圖5為葉片進(jìn)口沖角變化時(shí)模型泵在流量為30、40、50和55m3/h4個(gè)工況下水聽(tīng)器測(cè)得噪聲信號(hào)的功率譜密度。從圖中可以看出,噪聲信號(hào)主要分布在0~2250Hz頻率段內(nèi),軸頻、葉頻及其倍頻是引起模型泵離散噪聲的主要原因。隨著流量的增加,3°沖角模型泵噪聲信號(hào)的軸頻及葉頻的能量峰值依次減小;6°沖角模型泵噪聲信號(hào)的軸頻能量峰值先增加后減小,在Q=40m3/h時(shí)達(dá)到最大值,而葉頻的能量峰值依次減小;9°沖角模型泵噪聲信號(hào)的軸頻和葉頻的能量峰值先減少后增大,在Q=50m3/h時(shí)達(dá)到最小值;12°沖角模型泵噪聲信號(hào)的變化趨勢(shì)為軸頻能量峰值先增加后減小,葉頻能量峰值依次減小。隨著葉片進(jìn)口沖角的增加,在各流量工況下模型泵的軸頻和葉頻能量峰值均沒(méi)有明顯的變化規(guī)律,但當(dāng)葉片進(jìn)口沖角為9°時(shí),在1750~2250Hz頻段內(nèi)的噪聲信號(hào)消失。4沖角模型泵噪聲信號(hào)分析本文以一臺(tái)單級(jí)端吸離心泵為研究對(duì)象,研究葉片進(jìn)口沖角變化對(duì)離心泵內(nèi)部流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲的影響。試驗(yàn)在離心泵閉式實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行,試驗(yàn)系統(tǒng)可對(duì)泵性能參數(shù)和流動(dòng)誘導(dǎo)振動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行同步采集,大大提高了本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度.研究結(jié)果表明:不同葉片進(jìn)口沖角模型泵,振動(dòng)強(qiáng)度隨流量增加呈逐步增大趨勢(shì),且在大流量工況運(yùn)行時(shí)振動(dòng)強(qiáng)度明