CN102121481B - 离心泵复合式水消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种离心泵复合式水消声器。主要由一级消声机构、二级消声机构以及保护罩等部分组成。离心泵出口流体首先流经一级消声机构。选择合适的扩张室尺寸，使得离心泵内的轴频及其倍频的峰值噪声得以有效消除。通过选择适当的内插管插入距离可以对其他较宽频率范围内的噪声起到较好的消声效果，本发明一端内插管插入距离为扩张室长度的二分之一，一端的插入距离为扩张室长度的四分之一。离心泵复合式水消声器能够有效控制泵内部非定常流动诱导噪声向管路下游传播，减小其对管路系统造成的危害。同时本发明具有流动阻力小、噪声抑制频域宽、抑制效果好、结构简单、安装方便等特点。
Description
技术领域
本发明提供一种用于降低离心泵出口管路内由于非定常流动引起的水动力噪声的水消声器，属于与泵类机械内部非定常流动噪声相关的消声装备技术领域。
背景技术
离心泵广泛应用于国民生产各部门以及船舰和航天航空等尖端科技领域，是工业部门一个很重要的振动噪声源。随着科学技术的发展和人们环境意识的提高，泵机组和管路系统的可靠性和减振降噪也成为重要的技术指标。泵的噪声主要包括机械噪声和流动诱导噪声，其传播途径有三种，即固体导声、液体导声、空气导声。随着机械噪声得到有效控制，流动诱导噪声对机组降噪性能的影响越来越为明显。
离心泵内部流动诱导噪声主要是由离心泵内部的非定常流动所引起的。离心泵内部的非定常流动状态，如叶轮与压水室的动静干扰、空化及进出口回流等都会引起流场中的压力脉动，该压力脉动不仅可以直接诱导水动力噪声的产生，而且会激发泵体和管道的振动，振动会在相邻的工作介质内引起声压波动，产生较大的噪声。这种流体流动诱导噪声会由离心泵出口管路向下游管路系统传播，对下游设备的稳定运行产生威胁。
因此，控制离心泵内部流动诱导噪声的传播，对改善泵机组和管路系统的整体性能有着重要意义。
经检索，目前有关流体机械流动诱导噪声消音设备主要是针对以气体为工作介质的领域，如压缩机消声器（申请号：200720123453）；而应用于水泵上的消声器（申请号：01268305），是针对空气传播的噪声（即空气导声），是把水泵和电动机笼罩起来，且周围设有多孔吸声材料制成的内衬和消声板，使得水泵产生的噪声很快被吸收掉，不向周围空间传导，从而达到消声的目的。尽管该消声装置能够减小泵机组噪声向外部环境传播，但是不能有效抑制内部流动噪声向下游管路系统传播，即液体导声。本复合式水消声器是针对泵液体导声进行设计，能够在离心泵出口处对其内部的宽频流动诱导噪声进行抑制，从而降低流动诱导噪声的传播。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够有效抑制离心泵内非定常流动引起的水动力噪声传播的消声设备，为泵机组和系统降低流动诱导噪声并提高其运行的稳定性提供帮助。本发明具有噪声抑制频域宽、抑制效果好、流动阻力小、结构简单、安装方便等特点。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：离心泵复合式水消声器主要由一级消声机构、二级消声机构以及保护罩等部分组成。本设计的关键部分为两级的消声机构，属于阻抗复合式消声器，既能够抑制由泵内部非定常流引起的中低频噪声，也能对由空化等引起的高频噪声起到一定吸收效果。一级消声机构属于抗性消声机构，由主管道、一级扩张消声室、旁通管路以及进口法兰等组成，其中主管道部分插入扩张室。二级消声机构属于扩张室复合消声机构，包括主管道、二级内插管式扩张室、固定在二级扩张室内壁上的多孔吸声材料和出口法兰。一级和二级消声机构采用无缝连接。出口端固定盖板用螺栓与保护罩连接，其上设有安装孔。
离心泵复合式水消声器包括一级内插管扩张室、旁通管路A、保护罩、二级内插管扩张室、进口法兰、主管道、出口法兰、旁通管路B；进口法兰通过主管道连接有一级内插管扩张室的进口，旁通管路A和旁通管路B对称设于一级内插管扩张室外，旁通管路A和旁通管路B的进口与一级内插管扩张室的进口连通，旁通管路A和旁通管路B的截面积小于主管道的截面积，旁通管路A和旁通管路B的出口与一级内插管扩张室的出口连通；一级内插管扩张室的出口通过主管道与二级内插管扩张室的进口相连，二级内插管扩张室的出口连通二级消声器出口至出口法兰；所述保护罩为中空圆柱状，保护罩罩在其他部件外部。一级内插管扩张室和二级内插管扩张室的扩张比都为9—25，一级内插管扩张室和二级内插管扩张室的长度均根据目标噪声频率确定。
离心泵出口流体首先流经一级消声机构，内插式扩张室和旁通管道A、B能够抑制中低频流动诱导噪声。当流体流经二级消声机构时，二级内插管式扩张室结构可以再次对中低频噪声进行消除，同时壁面的多孔吸声材料5对高频噪声进行有效吸收。由于在流体流动路径上没有增设障碍物，流体流动的阻力损失和功率损失小，因此，基本不影响泵机组和系统的正常工作。
本发明工作过程为：一级消声机构进口法兰与离心泵出口法兰连接，出口法兰与下游管路法兰连接。离心泵出口流体首先流经一级消声机构。一级扩张室结构使得管道截面突变，根据所要消除声波的波长与扩张室长度和直径的关系，选择合适的扩张室尺寸，使得离心泵内的轴频及其倍频的峰值噪声得以有效消除。这种中低频水动力噪声主要是由动、静部件干涉作用引起的，是离心泵运行过程中产生的主要噪声。此外，通过选择适当的内插管插入距离可以对其他较宽频率范围内的噪声起到较好的消声效果。同时使用了旁通管道结构，由于旁通管道与主管道的截面积和长度不同，在旁通管道下游形成一个反声源，利用其声信号幅度和相位的不同实现对主管道噪声的消除。当流体流经二级消声机构时，二级内插管式扩张室结构可对中低频噪声进行二次消除。固定在二级扩张室内壁的多孔吸声材料5可对流动中一部分中高频水噪声进行吸收。此外，由于一级消声机构中的旁通管道A、B可能产生再生流动诱导噪声，因此二级消声机构同时可以保证对该噪声进行消除。
本发明的有益效果是，相比于传统的水泵消声器，能够有效控制泵内部非定常流动诱导噪声向管路下游传播，减小其对管路系统造成的危害。同时本设计具有流动阻力小、噪声抑制频域宽、抑制效果好、结构简单、安装方便等特点。
附图说明
图1为离心泵复合式水消声器组装图。
图中：1.一级内插管扩张室；2.旁通管路A；3.保护罩；4.二级内插管扩张室；5.多孔吸声材料；6.进口法兰；7.主管道；8.出口法兰；9.固定盖板；10.旁通管路B；11.安装孔。
具体实施方式
离心泵内部流动诱导噪声是指由于运动流体与固体边界相互作用以及流体内部湍流所引起的辐射噪声。主要激发机理是由于固体与流体的相对运动以及流体自身的不规则运动所引起的流体内部应力和压力扰动在介质中的传递。这种流体噪声会由离心泵出口管路向下游管路系统传播，对下游设备的稳定运行产生威胁。离心泵复合式水消声器主要由一级消声机构、二级消声机构以及保护罩等部分组成。本设计的关键部分为两级的消声机构，属于阻抗复合式消声器，既能够抑制由泵内部非定常流引起的中低频水动力噪声，也能对由空化等引起的高频噪声起到一定吸收效果。由于在流体流动路径上没有增设障碍物，流体流动的阻力损失和功率损失小，因此，基本不影响泵机组和系统的正常工作。
工作过程为：一级消声机构进口法兰6与离心泵出口法兰连接，出口法兰8与下游管路法兰连接。固定盖板9通过螺栓与保护罩3连接。两级消声机构采用无缝连接方式。离心泵出口流体首先流经一级消声机构。内插管式扩张室1结构使得管道截面突变，根据所要消除声波的波长与扩张室长度和直径的关系，选择合适的扩张室尺寸，使得离心泵内的轴频及其倍频的峰值噪声得以有效消除。这种中低频水动力噪声主要是由动、静部件干涉作用引起的，是离心泵运行过程中产生的主要噪声。此外，通过选择适当的内插管插入距离可以对其他较宽频率范围内的噪声起到较好的消声效果，本设计一端内插管插入距离为扩张室长度的二分之一，一端的插入距离为扩张室长度的四分之一。一级消声机构还使用了旁通管道结构，由于旁通管路A2和旁通管路B10与主管道7的截面积和长度不同，在旁通管道下游会形成一个反声源，利用其声信号幅度和相位的不同实现对主管道噪声的消除。当流体流经二级消声机构时，内插管扩张室4结构可对中低频噪声进行二次消除。固定在扩张室4内壁的多孔吸声材料5可对流动中一部分中高频水噪声进行吸收。此外，由于一级消声机构中的旁通管道2、10可能产生再生流动诱导噪声，因此二级消声机构同时可以保证对该噪声进行消除。
Claims (5)
1.离心泵复合式水消声器，其特征在于，包括一级内插管扩张室（1）、旁通管路A（2）、保护罩（3）、二级内插管扩张室（4）、进口法兰（6）、主管道（7）、出口法兰（8）、旁通管路B（10）；进口法兰（6）通过主管道（7）连接有一级内插管扩张室（1）的进口，旁通管路A（2）和旁通管路B（10）对称设于一级内插管扩张室（1）外，旁通管路A（2）和旁通管路B（10）的进口与一级内插管扩张室（1）的进口连通，旁通管路A（2）和旁通管路B（10）的出口与一级内插管扩张室（1）的出口连通，旁通管路A（2）和旁通管路B（10）的截面积小于主管道（7）的截面积，并在拐角处设有倒角；一级内插管扩张室（1）的出口通过主管道（7）与二级内插管扩张室（4）的进口相连，二级内插管扩张室（4）的出口通过主管道（7）至出口法兰（8）；所述保护罩（3）为中空圆柱状，所述保护罩（3）罩在其他部件外部。
2.根据权利要求1所述的离心泵复合式水消声器，其特征在于，还包括多孔吸声材料（5），所述多孔吸声材料（5）设于二级内插管扩张室（4）内壁面。
3.根据权利要求1所述的离心泵复合式水消声器，其特征在于，所述一级内插管扩张室（1）和二级内插管扩张室（4）的扩张比都为9—25；一级内插管扩张室（1）和二级内插管扩张室（4）的长度均根据目标噪声频率确定。
4.根据权利要求1所述的离心泵复合式水消声器，其特征在于，所述一级内插管扩张室（1）和二级内插管扩张室（4）一端的内插管插入距离为扩张室长度的二分之一，另一端的插入距离为扩张室长度的四分之一。
5.根据权利要求1所述的离心泵复合式水消声器，其特征在于，所述保护罩（3）与主管道（7）、一级内插管扩张室（1）、二级内插管扩张室（4）均为同轴心。
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