离心泵流动噪声试验研究

离心泵流动噪声试验研究

1设置优化水力设计离心分离工作中产生的振动和噪声已成为社会的中心问题。内部流动诱导振动噪声是离心泵振动噪声的主要形式之一。流动诱导振动噪声主要是由流体机械内部的非稳定流动引起,是目前研究的热点和前沿,国内外学者进行了大量的相关研究[2~18],但其产生机理和发展规律还尚未清楚,有待进一步深入研究。优化水力设计是降低离心泵流动诱导振动和噪声的根本方法,因此离心泵关键几何参数的选取直接影响内流诱导振动噪声特性。本文以一台单级端吸离心泵为研究对象,重点研究叶片进口冲角变化对模型泵性能以及内流诱导振动噪声特性的影响,为建立高性能低振动低噪声离心泵的水力设计方法提供试验基础。2模型泵的工作原理试验在某研究中心闭式实验台进行。试验装置由汽蚀筒、稳压罐、进出水管路、阀门、真空泵、电机、压力变送器、高频传感器、水听器、泵参数测试系统和虚拟仪器数据采集系统等组成。模型泵选用单级端吸离心泵,在设计工况下的运行参数为:流量Q=50m3/h,扬程H=30m,转速n=2900r/min。为研究叶片进口冲角对离心泵内流诱导振动噪声特性的影响,将叶片进口冲角△β由原设计值9°分别变化为3°、6°和12°,同时保持模型泵其它几何参数不变。试验叶轮均采用快速成型的方法加工,如图1所示。模型泵的外特性由江苏大学自主开发的泵产品测试系统进行数据采集和分析,最终得到泵额定转数下的流量、扬程和效率。试验中使用的进出口压力变送器的量程分别为-100~100kPa和0~600kPa,涡轮流量计的型号为LW-80,流量计系数为11.1346,转速由转速传感器测量。振动噪声信号的采集采用虚拟仪器技术。模型泵在稳定运行状态下产生的振动噪声信号由美国NI公司的PXI-4472B动态信号采集模板来采集,分别用加速度传感器和水听器测量模型泵的振动和噪声信号。加速度传感器选用美国PBC公司的MA352A60,使用频率范围为5~70kHz。经过反复测量比较,加速度传感器分别安装在蜗壳、泵进出口法兰3个互相垂直的方向以及泵脚上,泵脚的测点为整体振动信号提供参考基础。4个加速度传感器a1~a4的具体位置如图2所示。水听器的型号为ST70,使用频率范围为50~70kHz,采用齐平式安装方式,测点布置在模型泵出口4倍管径处,距模型泵出口阀门的距离为2.0m,且水听器与出口阀门之间装有橡胶管,以尽可能消除阀门的反射影响。加速度传感器和水听器的输出信号通过采集模板硬件转换输入到虚拟仪器驱动程序中,应用Labview软件中的DAQAssistant功能实现振动噪声信号的显示和采集,本文的采样频率为20kHz,采样数N=2000。3模型泵性能测试系统根据试验标准GB/T3216-2005,关阀启动离心泵,并逐步调节阀门增加模型泵的流量,使得零流量到最大流量之间的运行工况点在13个以上,并在设计工况点附近较为密集。待模型泵在每个工况点运行稳定后,应用泵产品测试系统和虚拟仪器动态信号采集模板同步采集模型泵的性能参数和振动噪声信号。信号的同步采集,大大提高了测试的精度。3.1冲角对模型材料冲角的影响图3为不同叶片进口冲角模型泵的外特性曲线。从图中可以看出,随着叶片进口冲角的增加,模型泵扬程和效率呈先增加后降低的变化趋势,3°和6°冲角模型的性能比较接近,冲角为9°时模型泵的扬程和效率最高,冲角为12°时模型泵的性能最差,因此说明,冲角对离心泵性能具有一定的影响,并且叶片冲角存在一个最优值,冲角不宜选的过大。3.2不同叶片冲角模型泵的振动特性取振动信号的均方根值T来表征振动的平均能量,则均方根值T的表达式为:式中N———测试信号的数量Xk———振动信号的测量值,k=1,2,…,N图4为不同叶片进口冲角模型泵上各加速度传感器在全流量范围内测得的振动平均能量的变化曲线。由图4可知:不同叶片进口冲角模型泵4个加速度传感器测得的振动强度随流量增加的变化规律相似,呈逐步增加的趋势,且加速度传感器3(蜗壳)上的振动最为剧烈。除9°冲角模型泵外,其余冲角模型泵加速度传感器2(泵出口法兰)测得的振动强度最小。叶片进口冲角模型泵在大流量时振动强度增加可能是由于此时泵内部发生空化引起的,空泡的溃灭会诱发泵的振动。3.3冲角模型泵噪声信号的变化规律图5为叶片进口冲角变化时模型泵在流量为30、40、50和55m3/h4个工况下水听器测得噪声信号的功率谱密度。从图中可以看出,噪声信号主要分布在0~2250Hz频率段内,轴频、叶频及其倍频是引起模型泵离散噪声的主要原因。随着流量的增加,3°冲角模型泵噪声信号的轴频及叶频的能量峰值依次减小;6°冲角模型泵噪声信号的轴频能量峰值先增加后减小,在Q=40m3/h时达到最大值,而叶频的能量峰值依次减小;9°冲角模型泵噪声信号的轴频和叶频的能量峰值先减少后增大,在Q=50m3/h时达到最小值;12°冲角模型泵噪声信号的变化趋势为轴频能量峰值先增加后减小,叶频能量峰值依次减小。随着叶片进口冲角的增加,在各流量工况下模型泵的轴频和叶频能量峰值均没有明显的变化规律,但当叶片进口冲角为9°时,在1750~2250Hz频段内的噪声信号消失。4冲角模型泵噪声信号分析本文以一台单级端吸离心泵为研究对象,研究叶片进口冲角变化对离心泵内部流动诱导振动噪声的影响。试验在离心泵闭式实验台上进行,试验系统可对泵性能参数和流动诱导振动噪声信号进行同步采集,大大提高了本文试验数据的准确度.研究结果表明:不同叶片进口冲角模型泵,振动强度随流量增加呈逐步增大趋势,且在大流量工况运行时振动强度明