漫谈离心泵及其系统噪声

离心泵及其系统发出的噪声是由管道和泵壳中的振动引起的。这些振动与周围空气相互作用,被感知为空气传播的声音。

瞬态流(动变化)和与之相关的压力波动会产生这种效果。当能量通过叶轮叶片传递到所处理的流体时,就会发生波动。有限数量的叶片,会导致振幅不同的周期性压力波动。由于流体会遇到持续增加的静压,边界层很容易分离。流体在叶片周围流动的流动模式以及流动分离,使得离心泵中的流动成为瞬态流。

对于由几个基本部件组成的单级蜗壳体,这些瞬态流是除了离心泵驱动产生的噪声外的主要噪声源。

带有平衡机构的多级离心泵会产生大量湍流噪声,这是由于单级扬程高造成的,例如,当它们在平衡机构中释放时,会产生更高的压力。

上述噪声源与(在没有汽蚀的情况下运行的)泵和系统有关。当泵或阀门中发生汽蚀现象时,产生的噪音水平要明显得多。

汽蚀噪声通常听起来像声调高的噼啪声,当汽蚀趋于严重时(即较低的NPSH裕量)过渡到强烈的嘎嘎声。

汽蚀噪声是离心泵及系统发出的总噪声的一部分,因此需要为所需的任何噪声控制措施支付更多的费用。然而,它也可用于检测和(通过使用合适的测量设备和分析方法)获取有关汽蚀条件的强度和潜在的汽蚀腐蚀能力的信息。

高速化趋势加剧了离心泵中的噪声问题,从而导致设备更小、功率更大(功率密度增加)。除此之外,由于更好材料的使用,使壳体的壁厚大大减薄,这些做法无疑促使了泵振动的增加。

单个组件(部件)对泵组发出的整体噪声的影响是复杂的,取决于许多因素。参见图1泵及其系统噪声

图1 – 影响泵组总噪声的因素

可根据VDI 3749评估声功级(噪声),该标准提供了不同技术声源的发射值。

泵组的安装基础、建筑物(具有长时间的强烈混响)、管道以及相邻机器和系统的影响特别难以估计。

不同的国家和地区,都有可接受的(或指定的)测量噪声的指南和技术规范。

统计分析表明,根据泵的类型(在非汽蚀运行时),离心泵输入功率的10-9到10-6会转化为声功率,其形式可能为固体传播、空气传播和液体传播声音。参见图2。

图2 – 离心泵声源

噪声控制

噪声控制最关键的(主动吸声)措施是正确的选择泵型,同时,泵必须针对指定的服务工况进行设计(如具有足够的NPSH裕量等),并具有正确的尺寸。

离心泵的噪声强度沿其Q-H曲线而发生变化,取决于工作点的位置。为了节约能源和降低噪声,泵通常应在所提供性能曲线的最佳效率点运行。当泵接近BEP运行时,噪声通常最低。

当离心泵用于具有严格噪声限制的应用中时,被动吸声措施是必要的,包括管道中的伸缩接头、将泵组安装在橡胶-金属或弹簧支架上,也可以提供隔音罩和隔音房、隔音板或消声板等措施。

噪声测量

噪声测量用于定义声源发出的噪声,因此也称为声音或声学测量。为此,可以应用不同的测量方法,同时也有不同的标准/规范。如,我国普遍执行GB/T 29529-2013《泵的噪声测量与评价方法》;德国执行DIN 45635 B1《Measurement of noise emitted by machines, air-borne noise emission, enveloping surface method》、DIN EN ISO 3744《Determin-ation of sound power levels and sound energy levels of noise socurces using sound pressure (accuracy class 2) – Engineering methods for an essentially free field over a reflecting plane》、DIN EN ISO 3746《Determination of sound power levels and sound energy levels of noise sources using sound pressure (accuracy class 3), survey method》等。

这些标准定义了主要的声学方面的术语,规定了测试环境和测量仪器要求、泵的安装和工作条件、测量方法和测量值计算、测量结果的修正和评价方法等,建立了使用标准化方法确定离心泵的噪声(详见所涉及的标准规范)。有些标准/规范还制定了适当的噪声控制措施。

特别说明

1)  噪声分为声压级和声功级两种,两者之间存在一定的差异。实际工程应用中(经常遇到的)要求噪声不超过85 dB(A)指的是声压级。

2)  测点位置为距离设备表面1米处。

3)  需要将每个测点上测得的声压级读数值减去背景噪声,才能得到各测点的声压级测定值。

4)  设备的噪声指的是平均值。在评价泵的噪声时用泵周围的平均值;在考核机组噪声时用包括所有测点(泵和驱动机)的总平均值(具体内容详见标准)。

注:主要框架信息来源于KSB网站。

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