張永祥，羅紹華，吳仁迪，尹紅慶

（重慶水泵廠有限責(zé)任公司國家企業(yè)技術(shù)中心，重慶 400033）

0 引言

噪聲作為離心泵的主要考核指標(biāo)之一，已經(jīng)日益成為用戶關(guān)注的熱點(diǎn)，噪聲源包括機(jī)械噪聲和水力噪聲[1]：機(jī)械噪聲主要由內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、零件安裝偏差、進(jìn)出口管路系統(tǒng)布置不合理等引起[2]；水力噪聲主要來源于泵內(nèi)介質(zhì)誘導(dǎo)[3]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、泵內(nèi)介質(zhì)及零部件安裝等產(chǎn)生的噪聲都可在設(shè)計(jì)初期或安裝階段予以避免，但設(shè)備一旦處于性能試驗(yàn)階段，遇到噪聲超標(biāo)問題難以處理，并且學(xué)者們在這方面開展的研究工作相對較少。

針對單級懸臂式離心泵在性能試驗(yàn)階段出現(xiàn)的噪聲超標(biāo)問題進(jìn)行逐步剖析，通過調(diào)整試驗(yàn)臺出口管路及閥門布置位置、打磨蝸殼出口導(dǎo)流隔板調(diào)整其出口角等措施有效地解決了此問題，提高了泵設(shè)備的安全可靠性，同時為后期低噪聲泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)臺和管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)測試系統(tǒng)

該試驗(yàn)用單級懸臂式離心泵為雙蝸殼布置結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)流量范圍為100～350 m3/h，額定工作轉(zhuǎn)速為2980 r/min，蝸殼導(dǎo)流隔板的出口方向與水平方向夾角δ 約69°（圖4），技術(shù)要求在距泵表面1 m 的任意測點(diǎn)處，噪聲幅值均不超過93 dB（A）。

性能試驗(yàn)均在公司試驗(yàn)臺完成，試驗(yàn)裝置由冷水罐、閥門、電機(jī)、試驗(yàn)泵、壓力表等組成，噪聲測點(diǎn)分布如圖1 所示，距離泵表面1 mm，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖2 所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 出口管路系統(tǒng)對噪聲的影響

首次試驗(yàn)時選用的出口管路直徑為150 mm，閥門位于距離泵出口法蘭0.5 m 位置處，彎頭位于距泵出口1.5 m 處，測得噪聲值見表1。

根據(jù)測試數(shù)據(jù)表1 得知，各測點(diǎn)噪聲水平隨著流量的增大而升高，當(dāng)流量增大至200 m3/h 時，噪聲幅值均大于93 dB，尤其是⑥和⑦號測點(diǎn)在351 m3/h 流量下噪聲幅值分別高達(dá)102.7 dB 和101.4 dB，這可能是由于這2 個測點(diǎn)均位于泵組的上側(cè)，距離出口管路相對較近，懷疑是出口管路的彎頭及閥門距離泵出口法蘭位置較近引起的水力沖擊噪聲，因此，去掉其出口管路彎頭，將流量調(diào)節(jié)閥門后的鋼管更換為軟管，再次試驗(yàn)測得各測點(diǎn)的噪聲情況如表2 所示。

圖1 噪聲測點(diǎn)分布

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場

由測試數(shù)據(jù)表2 可知，在相同流量點(diǎn)下同一測點(diǎn)的噪聲水平較首次試驗(yàn)明顯下降，其中大流量最為明顯，說明泵出口管路連接彎頭引起的水力沖擊對整個機(jī)組的噪聲影響較大，通過更換軟管能夠有效降低噪聲，但同時也發(fā)現(xiàn)部分測點(diǎn)的噪聲幅值仍大于93 dB，主要表現(xiàn)在測點(diǎn)6 位置。因此，將出口閥門前直管段由0.5 m 增加至1.5 m，保留閥門后的軟管，試驗(yàn)測試結(jié)果如表3 所示。

表1 第一次試驗(yàn)各測點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

表2 更換軟管后各測點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

表3 直管加長后各測點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

由表2、表3 的數(shù)據(jù)對比分析可知，調(diào)整閥門前的直管長度來控制閥門的位置并沒有使噪聲降低，反而有所升高，在試驗(yàn)過程中借助聽診儀能夠很明顯的聽到介質(zhì)沖擊管壁的聲音。因此，懷疑是否泵出口介質(zhì)流速過快，蝸殼導(dǎo)流隔板出口角度設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致噪聲超標(biāo)，為排查其影響因素，調(diào)整蝸殼導(dǎo)流隔板出口角度δ 和出口管路直徑逐一進(jìn)行試驗(yàn)測試。

2.2 蝸殼導(dǎo)流隔板出口角對噪聲的影響

離心泵的流道設(shè)計(jì)分為單蝸殼和雙蝸殼布置，雙蝸殼結(jié)構(gòu)其徑向力基本保持平衡，泵運(yùn)行穩(wěn)定且在非設(shè)計(jì)工況效率比單蝸殼約高2%[4]。該泵的蝸殼導(dǎo)流隔板出口中心線與泵出口的夾角δ 設(shè)計(jì)約69°（圖3）。當(dāng)泵內(nèi)介質(zhì)高速流經(jīng)出口時與管路的內(nèi)壁發(fā)生碰撞沖擊，激起漩渦，會產(chǎn)生較大的水力誘導(dǎo)噪聲。為減輕上述影響，打磨蝸殼導(dǎo)流隔板出口，將夾角δ 增大至約75°后測噪聲幅（表4）。

圖3 雙蝸殼泵

表4 增大隔板出口角后各測點(diǎn)不同流量下的噪聲幅值dB

由表3、表4 對比得知，增大蝸殼導(dǎo)流隔板出口與泵出口的夾角δ 后，各測點(diǎn)的噪聲幅值明顯下降，尤其是靠近泵出口管路的測點(diǎn)6，流量在270 m3/h 和350 m3/h 的噪聲幅值分別由96.5 dB 和98.8 dB 下降至89.1 dB 和94.5 dB，說明泵蝸殼導(dǎo)流隔板出口角δ 對管路的水力沖擊噪聲影響很大，水力設(shè)計(jì)時合理選擇δ 值能夠有效降低泵組噪聲。

表4 中的噪聲最大幅值較要求值仍相差1.5 dB，需要再進(jìn)一步降噪處理。在第四次試驗(yàn)過程中仍能夠聽到介質(zhì)沖擊出口管路內(nèi)壁的聲音。但是由于前期受水力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響，無法再調(diào)整蝸殼導(dǎo)流隔板，因此繼續(xù)從管路系統(tǒng)出發(fā)，通過增大出口管徑以降低介質(zhì)出口流速再一次進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 出口管徑對噪聲的影響試驗(yàn)

將出口閥門前端的直管管徑由150 mm 加大至200 mm，用異徑管接頭與泵出口連接，其余條件保持不變，測得噪聲值如表5 所示。

表5 增大出口管徑后各測點(diǎn)噪聲幅值dB

由表5 可得知，將出口管路直徑增大為200 mm 后，各測點(diǎn)噪聲幅值均在93 dB 以內(nèi)，但與表4 相對比，部分測點(diǎn)噪聲水平略有上升，這可能與試驗(yàn)環(huán)境和測試誤差有關(guān)，這里不再贅述。

3 結(jié)論

通過調(diào)整單級懸臂式離心泵試驗(yàn)管路系統(tǒng)中的出口閥門安裝位置、雙蝸殼導(dǎo)流隔板出口角及出口管路直徑等措施，進(jìn)行噪聲測試試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）出口流量調(diào)節(jié)閥門或彎管安裝在距離泵出口大于或等于1.5 倍管徑的位置能夠有效降低噪聲，這對用戶現(xiàn)場的管路布置具有一定的工程參考價值。

（2）對于雙蝸殼單級懸臂離心泵，增大蝸殼導(dǎo)流隔板出口中心線與泵出口的夾角δ 能夠有效降低水力沖擊噪聲，這對低噪聲泵研制具有重要意義。

（3）增大出口管路直徑，降低介質(zhì)出口流速，對泵組系統(tǒng)的降噪有一定作用。