寇宇寧

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶 163411）

離心泵噪聲研究的綜述和展望

寇宇寧

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶 163411）

在離心泵應(yīng)用中，噪聲是非常重要的研究?jī)?nèi)容。下面將就離心泵噪聲相關(guān)研究進(jìn)行一定的分析與展望。

離心泵噪聲；研究綜述；展望

1 引言

離心泵是現(xiàn)今在工業(yè)當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械類(lèi)型，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、形狀以及類(lèi)型特征，在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)存在一定的噪聲，并使得離心泵噪聲成為了該設(shè)備應(yīng)用中非常重要的一項(xiàng)問(wèn)題。在該種情況下，做好離心泵噪聲的研究則成為了非常重要的一項(xiàng)工作，不僅能夠降低因噪聲存在對(duì)日常生活以及工業(yè)環(huán)境的影響，且在離心泵設(shè)計(jì)改進(jìn)方面也具有積極的意義。

2 離心泵噪聲研究方式

2.1 數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)

2.1.1 Lighthill聲類(lèi)比理論

Lighthill方程為現(xiàn)代氣動(dòng)聲學(xué)誕生的標(biāo)志，也是離心泵葉輪機(jī)械噪聲研究的基礎(chǔ)。該理論的關(guān)鍵，即認(rèn)為流體動(dòng)力聲源為已知類(lèi)型，只要能夠以不動(dòng)方式的應(yīng)用對(duì)聲源項(xiàng)獲得，則能夠?qū)崿F(xiàn)聲場(chǎng)的計(jì)算，并以此使其在噪聲預(yù)測(cè)方面具有有利的特點(diǎn)，并獲得了較好的應(yīng)用。同時(shí)，該理論在實(shí)際應(yīng)用中也存在著一定的局限性，即人為對(duì)聲場(chǎng)、流場(chǎng)進(jìn)行分離的方式并不能夠?qū)α鲌?chǎng)同聲場(chǎng)間相互作用的問(wèn)題進(jìn)行解決，且在聲源四級(jí)子項(xiàng)當(dāng)中具有較多的隱含項(xiàng)源，如邊界層聲源以及沖擊聲源等，在以模型方式求解時(shí)存在著較大的難度。

2.1.2 渦聲理論

該理論是1964年P(guān)owell在Lighthill方程基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化獲得的理論，在該理論中，其指出了漩渦是流體動(dòng)力聲當(dāng)中的唯一源項(xiàng)，即實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)發(fā)聲機(jī)制的反映。通過(guò)該理論的提出，即在對(duì)流體誘發(fā)噪聲情況進(jìn)行求解時(shí)，僅僅對(duì)流場(chǎng)中具有漩渦區(qū)域進(jìn)行考慮即可，在流動(dòng)發(fā)聲的數(shù)值計(jì)算以及理論研究方面都具有了更為便利的特征。同時(shí)，其也從漩渦角度對(duì)流場(chǎng)常用方式進(jìn)行了研究，常用方式包括有離散、混合漩渦法等，該種情況的存在，也表明通過(guò)渦聲理論對(duì)離心泵噪聲進(jìn)行分析是一種有效的方式。2004年，有學(xué)者即通過(guò)該方式先求離心泵流場(chǎng)，之后求解聲場(chǎng)，以此開(kāi)發(fā)出了一種誘發(fā)噪聲的快速算法。在該方式中，其首先通過(guò)無(wú)黏漩渦脫落同人工黏度離散漩渦模型的應(yīng)用對(duì)離心泵廢定常流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，之后通過(guò)非定常力實(shí)現(xiàn)離心泵內(nèi)部聲場(chǎng)的求解。

2.2 數(shù)值計(jì)算

有學(xué)者指出，在制定條件下對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以對(duì)葉輪機(jī)械以及聲場(chǎng)影響進(jìn)行忽略，該理論的主要原因，即當(dāng)表面應(yīng)力對(duì)偶極子源引起之后，以數(shù)值方式對(duì)離心泵噪聲的研究也獲得了快速的發(fā)展。在這部分研究中，都先對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，之后對(duì)流場(chǎng)誘發(fā)聲的步驟進(jìn)行計(jì)算。在通過(guò)計(jì)算獲得流體流速以及壓力后，則可以通過(guò)計(jì)算聲學(xué)的應(yīng)用獲得以壓力脈動(dòng)方式誘發(fā)的結(jié)構(gòu)輻射噪聲，其中，直接邊界元、聲場(chǎng)有限元以及間接邊界元都是對(duì)聲學(xué)進(jìn)行計(jì)算經(jīng)常應(yīng)用到的方式。對(duì)于這部分方式來(lái)說(shuō)，在實(shí)際離心泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，都將流體作為不可壓縮介質(zhì)看待的，即在獲得流體在固定表面定力后，將其作為可壓縮介質(zhì)對(duì)噪聲在流場(chǎng)中的傳播求出。需要指出的是，以這部分方式對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行求解時(shí)，都將離心泵葉輪以及蝸殼作為剛體計(jì)算的，而對(duì)其在流場(chǎng)方面的影響卻存在著一定的忽略情況。該種情況的存在，即當(dāng)葉輪以及蝸殼在流固耦合當(dāng)中，固體表面將具有較小的彈性位移，其同流場(chǎng)中位移相比而言小到忽略不計(jì)，同時(shí)，離心泵結(jié)構(gòu)向內(nèi)部以及空氣流場(chǎng)產(chǎn)生的輻射也將因同樣的原因可以忽略。目前，還沒(méi)有查到在葉輪片較薄位置在流場(chǎng)方面的顯著影響研究。

3 離心泵噪聲研究展望

經(jīng)過(guò)多年的研究，行業(yè)內(nèi)在離心泵噪聲產(chǎn)生機(jī)理方面已經(jīng)獲得了一定的進(jìn)展，但還缺少一個(gè)快速、系統(tǒng)的方式對(duì)離心泵噪聲實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，也缺少能夠?qū)崿F(xiàn)離心泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式。要想對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行達(dá)成，則需要從以下方面努力：第一，單漩渦運(yùn)動(dòng)發(fā)生模型建立。目前，可以通過(guò)CDF數(shù)值對(duì)N-S方程進(jìn)行求解的方式獲得漩渦描述方式的完整流場(chǎng)。如果能夠建立單個(gè)漩渦誘發(fā)流體模型以及單漩渦移動(dòng)固體邊界耦合噪聲模型，則可以不對(duì)邊界、流體、水錘同湍流等復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行考慮，以此方式即能夠獲得準(zhǔn)確的離心泵噪聲。在建立單個(gè)漩渦模型時(shí)，將其分解為兩維漩渦則是非常有效的一種處理方式；第二，離心泵全局噪聲研究。在離心泵運(yùn)行中，不同類(lèi)型閥以及進(jìn)出口管道將導(dǎo)致噪聲出現(xiàn)是較為明顯的內(nèi)容，對(duì)于已存在的研究來(lái)說(shuō)，都是將離心泵自身所產(chǎn)生的噪聲最為重點(diǎn)，而在閥以及管道方面噪聲還沒(méi)有開(kāi)展全面的研究。對(duì)此，就需要能夠積極做好離心泵全局模型的建立，以此更為準(zhǔn)確、完整的對(duì)離心泵不同部件產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行確定；第三，建立快速數(shù)值計(jì)算方法。在以數(shù)值對(duì)離心泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行求解時(shí)往往需要較多的時(shí)間，之后還需要將獲得的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)向聲場(chǎng)計(jì)算工具的輸入，具有較大的空間以及時(shí)間耗費(fèi)。在該種情況下，就需要做好快速算法的建立，在提升計(jì)算速度的基礎(chǔ)上加快研究進(jìn)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

離心泵噪聲研究是離心泵設(shè)備應(yīng)用當(dāng)中非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容，通過(guò)對(duì)離心泵噪聲研究進(jìn)行綜述與分析，對(duì)未來(lái)研究工作的開(kāi)展具有重要的指導(dǎo)意義。

[1] 汪家瓊，趙瑞杰，孔繁余，等.不銹鋼沖壓焊接離心泵研究現(xiàn)狀[J].水泵技術(shù)，2015，（4）：11-15.

[2] 徐宇平，袁壽其，張金鳳，等.螺旋離心泵研究現(xiàn)狀及前景[J].流體機(jī)械，2012，（4）：35-40.

[3] 李亞林，袁壽其，湯躍，等.離心泵內(nèi)部流動(dòng)PIV測(cè)試研究進(jìn)展[J].水泵技術(shù)，2010，（5）：1-5.

Review and Prospect of Research on Centrifugal Pump Noise

Kou Yu-ning

Noise is a very important content in the application of centrifugal pump.The following will be related to the study of centrifugal pump noise analysis and outlook.

centrifugal pump noise；review；prospect

TH311

B

1003-6490（2017）01-0093-01

2017-01-01

寇宇寧（1978—），女，遼寧莊河人，工程師，主要研究方向?yàn)榛ぴO(shè)備管理。