不同葉片沖角離心泵內(nèi)流誘導(dǎo)振動噪聲研究
基于離心泵流動誘導(dǎo)振動噪聲的試驗測試系統(tǒng)，測量了不同葉片進口沖角模型泵在全流量范圍內(nèi)的振動和噪聲信號并對其進行了處理和分析。研究結(jié)果表明: 葉片進口沖角存在一個最優(yōu)值，使離心泵的性能最佳；模型泵內(nèi)部流動誘導(dǎo)的振動對泵體的影響最大，隨著葉片進口沖角的增加，在各流量下模型泵噪聲信號的軸頻和葉頻能量峰值均沒有明顯變化規(guī)律，但當(dāng)葉片進口沖角為9°時，在1750 ～ 2250Hz 頻段內(nèi)的噪聲信號消失。
1、前言
離心泵運行時產(chǎn)生的振動和噪聲日益成為社會關(guān)注的問題。內(nèi)部流動誘導(dǎo)振動噪聲是離心泵振動噪聲的主要形式之一。流動誘導(dǎo)振動噪聲主要是由流體機械內(nèi)部的非穩(wěn)定流動引起，是目前研究的熱點和前沿，國內(nèi)外學(xué)者進行了大量的相關(guān)研究，但其產(chǎn)生機理和發(fā)展規(guī)律還尚未清楚，有待進一步深入研究。優(yōu)化水力設(shè)計是降低離心泵流動誘導(dǎo)振動和噪聲的根本方法，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)振動噪聲特性。本文以一臺單級端吸離心泵為研究對象，重點研究葉片進口沖角變化對模型泵性能以及內(nèi)流誘導(dǎo)振動噪聲特性的影響，為建立高性能低振動低噪聲離心泵的水力設(shè)計方法提供試驗基礎(chǔ)。
2、測試系統(tǒng)及試驗葉輪
試驗在某研究中心閉式實驗臺進行。試驗裝置由汽蝕筒、穩(wěn)壓罐、進出水管路、閥門、真空泵、電機、壓力變送器、高頻傳感器、水聽器、泵參數(shù)測試系統(tǒng)和虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。模型泵選用單級端吸離心泵，在設(shè)計工況下的運行參數(shù)為: 流量Q = 50m3 /h，揚程H = 30m，轉(zhuǎn)速n = 2900r /min。為研究葉片進口沖角對離心泵內(nèi)流誘導(dǎo)振動噪聲特性的影響，將葉片進口沖角△β 由原設(shè)計值9°分別變化為3°、6°和12°，同時保持模型泵其它幾何參數(shù)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)自主開發(fā)的泵產(chǎn)品測試系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集和分析，最終得到泵額定轉(zhuǎn)數(shù)下的流量、揚程和效率。試驗中使用的進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LW - 80，流量計系數(shù)為11.1346，轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速傳感器測量。振動噪聲信號的采集采用虛擬儀器技術(shù)。模型泵在穩(wěn)定運行狀態(tài)下產(chǎn)生的振動噪聲信號由美國NI 公司的PXI-4472B 動態(tài)信號采集模板來采集，分別用加速度傳感器和水聽器測量模型泵的振動和噪聲信號。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)過反復(fù)測量比較，加速度傳感器分別安裝在蝸殼、泵進出口法蘭3 個互相垂直的方向以及泵腳上，泵腳的測點為整體振動信號提供參考基礎(chǔ)。4個加速度傳感器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器的輸出信號通過采集模板硬件轉(zhuǎn)換輸入到虛擬儀器驅(qū)動程序中，應(yīng)用Labview 軟件中的DAQ Assistant功能實現(xiàn)振動噪聲信號的顯示和采集，本文的采樣頻率為20kHz，采樣數(shù)N = 2000。
結(jié)語
本文以一臺單級端吸離心泵為研究對象，研究葉片進口沖角變化對離心泵內(nèi)部流動誘導(dǎo)振動噪聲的影響。試驗在離心泵閉式實驗臺上進行，試驗系統(tǒng)可對泵性能參數(shù)和流動誘導(dǎo)振動噪聲信號進行同步采集，大大提高了本文試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度. 研究結(jié)果表明: 不同葉片進口沖角模型泵，振動強度隨流量增加呈逐步增大趨勢，且在大流量工況運行時振動強度明顯增加，4 個測點中測點a3(蝸殼) 上的振動最為劇烈。噪聲信號主要集中在0 ～ 2250Hz 頻段內(nèi)，主要由軸頻、葉頻及其倍頻引起。在不同流量工況下，隨著葉片進口沖角的增加，模型泵噪聲信號的軸頻和葉頻能量峰值的變化規(guī)律較為復(fù)雜，很難發(fā)現(xiàn)明顯變化規(guī)律。
