不同葉片沖角離心泵內流誘導振動(dòng)噪聲研究
基于離心泵流動(dòng)誘導振動(dòng)噪聲的試驗測試系統，測量了不同葉片進(jìn)口沖角模型泵在全流量范圍內的振動(dòng)和噪聲信號并對其進(jìn)行了處理和分析。研究結果表明: 葉片進(jìn)口沖角存在一個(gè)最優(yōu)值，使離心泵的性能最佳；模型泵內部流動(dòng)誘導的振動(dòng)對泵體的影響最大，隨著(zhù)葉片進(jìn)口沖角的增加，在各流量下模型泵噪聲信號的軸頻和葉頻能量峰值均沒(méi)有明顯變化規律，但當葉片進(jìn)口沖角為9°時(shí)，在1750 ～ 2250Hz 頻段內的噪聲信號消失。
1、前言
離心泵運行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲日益成為社會(huì )關(guān)注的問(wèn)題。內部流動(dòng)誘導振動(dòng)噪聲是離心泵振動(dòng)噪聲的主要形式之一。流動(dòng)誘導振動(dòng)噪聲主要是由流體機械內部的非穩定流動(dòng)引起，是目前研究的熱點(diǎn)和前沿，國內外學(xué)者進(jìn)行了大量的相關(guān)研究，但其產(chǎn)生機理和發(fā)展規律還尚未清楚，有待進(jìn)一步深入研究。優(yōu)化水力設計是降低離心泵流動(dòng)誘導振動(dòng)和噪聲的根本方法，因此離心泵關(guān)鍵幾何參數的選取直接影響內流誘導振動(dòng)噪聲特性。本文以一臺單級端吸離心泵為研究對象，重點(diǎn)研究葉片進(jìn)口沖角變化對模型泵性能以及內流誘導振動(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計方法提供試驗基礎。
2、測試系統及試驗葉輪
試驗在某研究中心閉式實(shí)驗臺進(jìn)行。試驗裝置由汽蝕筒、穩壓罐、進(jìn)出水管路、閥門(mén)、真空泵、電機、壓力變送器、高頻傳感器、水聽(tīng)器、泵參數測試系統和虛擬儀器數據采集系統等組成。模型泵選用單級端吸離心泵，在設計工況下的運行參數為: 流量Q = 50m3 /h，揚程H = 30m，轉速n = 2900r /min。為研究葉片進(jìn)口沖角對離心泵內流誘導振動(dòng)噪聲特性的影響，將葉片進(jìn)口沖角△β 由原設計值9°分別變化為3°、6°和12°，同時(shí)保持模型泵其它幾何參數不變。試驗葉輪均采用快速成型的方法加工，如圖1 所示。
圖1 試驗用葉輪模型
模型泵的外特性由江蘇大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的泵產(chǎn)品測試系統進(jìn)行數據采集和分析，最終得到泵額定轉數下的流量、揚程和效率。試驗中使用的進(jìn)出口壓力變送器的量程分別為- 100 ～ 100kPa 和0 ～ 600kPa，渦輪流量計的型號為L(cháng)W - 80，流量計系數為11.1346，轉速由轉速傳感器測量。振動(dòng)噪聲信號的采集采用虛擬儀器技術(shù)。模型泵在穩定運行狀態(tài)下產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲信號由美國NI 公司的PXI-4472B 動(dòng)態(tài)信號采集模板來(lái)采集，分別用加速度傳感器和水聽(tīng)器測量模型泵的振動(dòng)和噪聲信號。加速度傳感器選用美國PBC公司的MA352A60，使用頻率范圍為5 ～ 70kHz。經(jīng)過(guò)反復測量比較，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，泵腳的測點(diǎn)為整體振動(dòng)信號提供參考基礎。4個(gè)加速度傳感器a1 ～ a4 的具體位置如圖2 所示。
圖2 加速度傳感器位置
水聽(tīng)器的型號為ST70，使用頻率范圍為50 ～70kHz，采用齊平式安裝方式，測點(diǎn)布置在模型泵出口4 倍管徑處，距模型泵出口閥門(mén)的距離為2. 0m，且水聽(tīng)器與出口閥門(mén)之間裝有橡膠管，以盡可能消除閥門(mén)的反射影響。加速度傳感器和水聽(tīng)器的輸出信號通過(guò)采集模板硬件轉換輸入到虛擬儀器驅動(dòng)程序中，應用Labview 軟件中的DAQ Assistant功能實(shí)現振動(dòng)噪聲信號的顯示和采集，本文的采樣頻率為20kHz，采樣數N = 2000。
結語(yǔ)
本文以一臺單級端吸離心泵為研究對象，研究葉片進(jìn)口沖角變化對離心泵內部流動(dòng)誘導振動(dòng)噪聲的影響。試驗在離心泵閉式實(shí)驗臺上進(jìn)行，試驗系統可對泵性能參數和流動(dòng)誘導振動(dòng)噪聲信號進(jìn)行同步采集，大大提高了本文試驗數據的準確度. 研究結果表明: 不同葉片進(jìn)口沖角模型泵，振動(dòng)強度隨流量增加呈逐步增大趨勢，且在大流量工況運行時(shí)振動(dòng)強度明顯增加，4 個(gè)測點(diǎn)中測點(diǎn)a3(蝸殼) 上的振動(dòng)最為劇烈。噪聲信號主要集中在0 ～ 2250Hz 頻段內，主要由軸頻、葉頻及其倍頻引起。在不同流量工況下，隨著(zhù)葉片進(jìn)口沖角的增加，模型泵噪聲信號的軸頻和葉頻能量峰值的變化規律較為復雜，很難發(fā)現明顯變化規律。
