扩张式消声器降低管道流体噪声的试验研究

1、收稿日期:2000-08-10作者简介:陈光冶(1956-,男,湖南人,博士,副教授。文章编号:10061355(2000050047-02扩张式消声器降低管道流体噪声的试验研究陈光冶1,周海亭1,周岑2(1.上海交通大学振动噪声研究所,上海200030;2.第705研究所,上海200000摘要:对于液体(润滑油、水泵的管流噪声,针对一齿轮泵和叶片泵的出口流动噪声设计了扩张管,并进行了试验测试。结果表明,对于泵的额定工况,所采用的方法可达到管壁振动加速度降低6-10分贝。关键词:泵;管道;消声器;噪声中图分类号:TB 535+2文献标识码:A前言流体管道系统是动力、液压机械系统产生振动噪声的一

2、个重要来源。管道系统的振动噪声除来自于支撑系统的振动传递作用外,还来自于管内流体运动的激励作用,尤其是流体运动紊动程度高、出现空化时,后者常会成为主要的振动噪声来源。文献1对有关流体诱发振动的机理和早期研究作了比较全面的总结。对于管流噪声的控制,应用最广泛的是扩张管消声器,比如各种汽油或柴油发动机的进、排气系统中的消声器。这类应用中,流体介质为空气,且其运动具有周期性。本文所研究的是工作介质为液体(油、水的泵的出口流动噪声控制。由于管路系统的刚度大,根据降噪要求,选取5kHz 频率对应的波长作为抗性扩张管的设计参数,具体对两种泵设计了扩张管,在不同运行工况进行试验测试,总体降低噪声效果明显。1

3、扩张管的设计对于5kHz 的频率,以及油中声速(1350m/s 和水中声速(1500m/s ,以及预期降噪9分贝的要求,依据抗性扩张管消声器插入损失式2R =10log 1+14m -1m2sin 2kl(1经计算求得扩张比m =5.48,以及扩张管尺寸为齿轮油泵扩张管:进、出口直径d =8mm ,内径D =18mm ,长度L =62mm 叶片式水泵扩张管:进、出口直径d =25mm ,内径D =58mm , 长度L =75mm2试验测试方案由于泵出口管直径小,管内液体流速高,不能将振动或压力传感器安装至管内测量。即使有可以装入的小传感器,装入管内也会对流动产生巨大影响。因此只能通过测量管壁的

4、振动来测量 。试验中在扩张管的入口和出口处采用加速度传感器,并在圆管上制作了铝质安装平台,以502胶水粘结,如图1。测试的截止频率为10kHz ,测试仪器系统框图如图2。图1传感器的安装3试验结果为了评价在偏离设计工况下的降噪效果,试验时测试了非额定工况下的扩张管的插入损失。具体做法是,将泵从低速分为5档逐步加速至额定转速,在各档速度时进行测量。图2测试仪器系统74扩张式消声器降低管道流体噪声的试验研究 图4 叶片式水泵加扩张管插入损失随工况的变化 图3齿轮油泵加扩张管的插入损失随工况的变化表1给出齿轮油泵的运行工况和测量结果。表2给出叶片水泵的运行工况和测量结果。表1齿轮油泵转速r/min

5、进口压力MPa 出口压力MPa 流速cm/s 流量L/min振动加速度(dB (0dB =lg 泵端机械传动端插入损失5000.090.100.0879 2.65-56.7-63.5 6.810000.070.230.1724 5.20-48.0-52.0 4.015000.060.480.25707.75-34.5-40.5 6.020000.060.790.334910.10-39.7-45.7 6.025000.07 1.160.425112.82-35.0-44.49.429700.071.580.502315.15-35.1-42.06.9表2叶片水泵转速r/min 进口压力MPa

6、出口压力MPa 流速cm/s 流量L/min 振动加速度(dB (0dB =lg 扩张管进口扩张管出口插入损失5000.010.010.059817.6 1.0-5.0 6.010000.010.010.10863212.03.58.515000.010.020.19015617.38.08.320000.010.040.25467521.012.38.725000.010.220.299588.218.516.0 2.529700.010.240.32269523.519.04.5图3和图4分别给出相应的插入损失随工况变化的情况。4讨论与结论预期的最大消声量为9分贝,是针对筒谐波计算的。对一

7、般多频率成分的噪声,依据噪声叠加原则,总的噪声插入损失不应超过此数。试验测试情况与此基本相符合。惟有油泵的第5工况下,略有超过,达到了9.4d B ,原因可能如下:首先,试验中是以振动加速度量度插入损失的,抗性扩张管的插入损失反映的是流体压力波的衰减,两者之间不一定存在正比例关系。因为声压更可能与振动速度成正比,以加速度量度对高频噪声成分的估计可能偏高。另外,可能来自测量误差,一般的试验测量误差在0.5db 为正常范围。总体看,在多数工况下,插入损失保持在6db 以上,扩张管具有明显的降噪。但在个别工况,如齿轮油泵的第2工况(图3,及叶片水泵的第5工况(图4,插入损失分别只有4db 和2db

8、。说明抗性扩张管式对于宽的泵工作状态一直保持优良的衰减存在困难。试验结果表明,采用扩张管降低泵的液休流噪声效果是显著的,具有实用价值。参考文献1R.D.白莱文斯,吴恕三,王觉等译.流体诱发振动M .机械工业出版社,1983.2马大猷.噪声控制学M .科学出版社,1987,p319.An Experimental Study for Liquid Flow Noise R eductionin Pipe by Expanded 2MufflerCHEN Guang 2ye 1,ZHO U Hai 2ti ng 1,ZHO U Cen2(1.Institute of Vibration and N

9、oise ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200030,China ;2.The 705th Research Institute ,Shanghai 200000,China Abstract :In oredr to reduce the noise from the liquid flow in the outlet pipe of pupmp ,expanded 2mufflers are designed for two kinds of pumps with gears and blades ,and experiments are conducted.The reduction of noise