CN103089713A - 一种低噪声离心泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低噪声离心泵，包括：蜗壳和叶轮，其特征在于，所述的蜗壳的宽度和半径增大，在该增大的空间内充满声学材料。所述的声学材料的内壁和叶轮贴合。所述的声学材料采用橡胶或聚氨酯制成。所述的橡胶层的内部边缘位置由离心泵的设计的流体动力学特性决定。本发明在扩充的位置处填充的声学材料，在低频时可以有效的使声波顺利传播而使流体不能透过，这样在两个单极子之间建立了声学自抵消通道，使叶轮两侧的同幅反相的辐射噪声部分相互抵消；在中高频时材料的阻尼可以使声波能量转化为热能，使声波能量衰减。本发明实施过程简单，结构稳定可靠，可以在保证离心泵水动力学参数的基础上降低其宽带的流动噪声。

Description

一种低噪声离心泵
技术领域
本发明涉及离心泵流动噪声控制技术，特别涉及一种全新结构的低噪声离心泵，通过声学自抵消原理和材料的吸声作用相结合的方法对离心泵流动噪声进行控制。
背景技术
现有的离心泵存在很强的流动噪声，是管路系统的重要噪声源，不仅影响了工作场所和周围环境，也严重影响了人们的身心健康和工作效率。
目前管道噪声控制主要有安装消声器、敷设吸声材料和主动控制三种途径。为了降低流体机械的流动噪声，人们一般在管路系统中安装消声器等降噪设备，但是由于水中声波很长，尺寸的限制导致消声器并不能有效的降低流体机械的低频噪声。在管道中敷设吸声材料主要针对的是中高频噪声，对低频噪声并没有明显的控制效果。主动控制作为近些年发展起来的噪声控制方法，在算法稳定性和次级源方面还有许多问题需要克服，离实际应用还有一些距离。
传统的离心泵降噪方法通常从优化叶轮、蜗壳以及蜗舌的形状，来优化流场进而达到降低其噪声辐射的目的，但是这种方法实施过程繁琐，优化结果也十分有限。
Neise(1992)总结了旋转流体机械流动噪声的产生机理。旋转流体机械流动噪声主要是由于叶轮旋转带动机械内部的流体运动，流体与叶轮、壳体等周期性相互作用引起的，具有明显的偶极子特性，即流体机械叶轮两侧的声波具有大小相等，相位相反的特点。这一点在Bardeleben(2004)的博士论文中也有所验证。但是在实际的离心泵机中为了满足流体动力学特性，蜗壳常常和叶轮贴合的很紧，叶轮两侧声源是相对独立的两个单极子，导致离心泵存在很强的流动噪声。
Bolton(2006)对安装在电子消费产品机箱壁面上的风扇进行了处理，把风扇安装位置附近的硬壁面换成隔流透声的塑料薄膜，在满足流体动力学特性的基础上，使风扇上下游的声场连通起来，从而使同幅反相的声波部分抵消，达到噪声控制的目的。Huang(2010)利用加大风扇叶片周围的管道截面积的方法恢复管道中一个轴流风扇本身的偶极子特性，在原有管道壁面处使用薄膜来维持风扇原有流体动力学特性。但是这种结构中薄膜的安装固定比较困难，并且当流体运动速度较快时，薄膜本身也不稳定，也有可能发生振动，不适合工程应用。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种全新结构的离心泵，通过声学自抵消原理和材料吸声相结合的方法来进行离心泵流动噪声控制。
因为离心泵流动噪声来源于叶轮、流体及蜗舌间的相互作用力，是偶极子声源，但是由于管道和蜗壳的阻隔作用，偶极子源成为两个同幅反相的单极子声源。本发明的离心泵通过增加原来的离心泵的蜗壳宽度和蜗壳半径，并在扩充的位置处填充声学材料以维持流道，由于填充材料的声学阻抗与水相近，可以有效的使低频声波顺利传播，这样在两个单极子之间建立了声学自抵消通道，使叶轮两侧的同幅反相的辐射噪声部分相互抵消，从而在保持设计水力学特性的基础上降低离心泵的流动噪声。而在中高频时，这些材料的阻尼能使声波能量转化为热能，使声波能量衰减，从而利用声学自抵消作用和吸声作用相结合，达到降低宽频带流动噪声的目的。
为实现上述发明目的，本发明提供的一种低噪声离心泵，包括：蜗壳和叶轮，其特征在于，所述的蜗壳的宽度和半径增大，在该增大的空间内充满声学材料。
作为上述技术方案的一种改进，所述的声学材料的内壁和叶轮贴合。填充材料与蜗壳贴合，既方便了工程设计和安装，当泵运行时材料也比较稳定，不会像薄膜一样发生振动，而且本设计还有一定的承压效果。
作为上述技术方案的一种改进，所述的声学材料采用橡胶或聚氨酯制成，可以实现低频透声、中高频吸声，使用这种材料的好处是在低频部分声波容易透射进入材料当中，从而使同幅反相的声波产生自抵消效果，当频率升高之后，材料就会有一定的吸声作用，从而自抵消作用和材料吸声作用相结合来达到对离心泵的流动噪声进行控制的目的。
作为上述技术方案的再一种改进，所述的橡胶层的内部边缘位置由离心泵的设计的流体动力学特性决定。
本发明的优点在于，本发明实施过程简单，结构稳定可靠，可以在保证离心泵水动力学参数的基础上降低其宽带的流动噪声。
离心泵流动噪声来源于叶轮、流体及蜗舌相互作用力引起的，是偶极子声源，但是由于管道和蜗壳的阻隔作用，偶极子源成为两个同幅反相的两个单极子声源。本发明在扩充的位置处填充的声学材料，在低频时可以有效的使声波顺利传播而使流体不能透过，这样在两个单极子之间建立了声学自抵消通道，使叶轮两侧的同幅反相的辐射噪声部分相互抵消；在中高频时材料的阻尼可以使声波能量转化为热能，使声波能量衰减。本发明利用声学自抵消作用和吸声作用相结合，达到降低离心泵宽频带流动噪声的目的。
附图说明
图1是本发明的低噪声离心泵泵机的入口部分的示意图；
图2是本发明的低噪声离心泵泵机的出口部分的示意图。
附图标识
1、蜗壳    2、叶轮    3、橡胶层
4、入口    5、出口    6、轴
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。本发明的通过下面参照附图对本发明实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点和优点将会变得更清楚，其中：
实施例
如图1所示，是本发明一个实施例的泵机入口4的部分。离心泵流动噪声控制实施结构由蜗壳1、叶轮2、橡胶层3、轴6组成。在蜗壳1增加的宽度和半径范围内填充橡胶，橡胶的内部边缘位置由离心泵的设计的流体动力学特性决定。
如图2所示，是本发明这个实施例的泵机出口5的部分。与图1类似，在蜗壳1增加的宽度和半径范围内填充橡胶，用来使叶轮2两侧辐射噪声部分抵消。
本实施例中，虽然声学填充材料采用橡胶或聚氨酯，但本发明的填充材料并不限于这两种，也可以使用满足要求的其它材料。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种低噪声离心泵，包括：蜗壳和叶轮，其特征在于，所述的蜗壳的宽度和半径增大，在该增大的空间内充满声学材料。
2.根据权利要求1所述的低噪声离心泵，其特征在于，所述的声学材料的内壁和叶轮贴合。
3.根据权利要求1或2所述的低噪声离心泵，其特征在于，所述的声学材料采用橡胶或聚氨酯制成。
4.根据权利要求1或2所述的低噪声离心泵，其特征在于，所述的声学材料的内部边缘位置由离心泵的设计的流体动力学特性决定。
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