CN106872010A - 一种离心泵流动噪声的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心泵流动噪声的测量方法，(1)搭建测量系统；(2)打开噪声分析仪和计算机，开启噪声分析软件，并调试完成；(3)打开止回阀，打开电磁流量计，以备实时监控系统流量；(4)调整变频器在额定工况下的频率，该频率下对应离心泵额定转速；(5)开启离心泵，然后打开流量调节阀直至阀门全开；(6)系统稳定后，通过电磁流量计记录系统流量；通过压力传感器采集进出口压力测点所获取的压力数据，并传输至计算机；(7)通过噪声分析仪记录进出口处由水听器采集的噪声数据，并传输至计算机；(8)通过噪声分析仪记录周向噪音采集装置的噪声数据，并传输至计算机。

Description

一种离心泵流动噪声的测量方法

技术领域

本发明涉及能源与动力工程、机械、化工、造纸、农业灌溉等领域，以及其它使用离心泵的场合，尤其是一种用于离心泵流动噪声的测量方法。

背景技术

(1)随着生产和工业技术的进步，噪声逐渐成为新的环境污染，而治理噪声污染的工程投资约占环保投资的15％-20％，所以控制噪声成为发展趋势。

(2)离心泵是广泛应用于工业与日常生活中的通用机械，由于它复杂的结构，形状各异的进、出水口，多样的流动工质以及多变的工况，其运动过程中常伴有宽频噪声，随着对环境要求的日益提高，离心泵的降噪问题也越来越受到人们的关注。

(3)离心泵流动噪声的存在，不仅带来了噪声污染，恶化了工作环境，而且对离心泵的性能同样有着较大影响，不利于离心泵工作在高效区。为了达到节能的效果，工业应用中，离心泵常常采用变频调节，即要求离心泵在不同转速下工作。转速的变化，导致流量改变，因此流动噪声也随之发生变化。

(4)目前，对不同的离心泵而言，其流动噪声与运行工况之间的关系并没有明确的界定。因此，不利于精确监控泵内噪声的变化规律，更不利于离心泵内噪声控制技术的研究。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种离心泵流动噪声的测量方法，该方法通过在离心泵四周布置若干测点，进出口布置水听器，实现不同工况下离心泵流动噪声的实时监控和测量，获得流动噪声的分布规律，为下一步离心泵噪声控制技术的研究奠定基础。

为达到上述目的，本发明采用的具体方案如下：

一种离心泵流动噪声的测量方法，该测量方法通用性强，适用于不同级别和型号的离心泵，噪声测量过程中只需改变周向测点位置，无需改变测量系统与测量方法，具体的测量步骤如下：

(1)搭建测量系统；

在隔音室内安装有离心泵台架，在离心泵台架上设有待测试的离心泵，将离心泵通过一个连轴器与设置在隔音室外的电动机相连，将电动机与变频器相连；离心泵的出口通过出口管道与隔音水箱相连，入口通过入口管道与隔音水箱相连，在出口管道上设置有流量调节阀和电磁流量计，在入口管道上设置排污阀和止回阀；所述的出口管道的出口和入口管道的入口上均设置压力传感器；沿离心泵四周的圆周方向上设置多个噪音采集装置，将噪音采集装置与噪声分析仪相连，将噪声分析仪与计算机相连；

(2)打开噪声分析仪和计算机，开启噪声分析软件，并调试完成；

(3)打开止回阀，打开电磁流量计，以备实时监控系统流量；

(4)调整变频器在额定工况下的频率，该频率下对应离心泵额定转速；

(5)开启离心泵，然后打开流量调节阀直至阀门全开；

(6)系统稳定后，通过电磁流量计记录系统流量；通过压力传感器采集进出口压力测点所获取的压力数据，并传输至计算机；

(7)通过噪声分析仪记录进出口处由水听器采集的噪声数据，并传输至计算机；

(8)通过噪声分析仪记录周向噪音采集装置的噪声数据，并传输至计算机。

进一步的，在所述的离心泵的周向共设有16个噪音采集装置，获得16组数据。

进一步的，第一个噪音采集装置位于离心泵的出口处，其余的15个噪音采集装置按照顺时针顺序排列一圈。

进一步的，所述压力传感器获取的压力数据的主要作用是校核额定工况下，离心泵内的计算扬程与说明书中提供的扬程之间的误差。

进一步的，离心泵内的计算扬程通过下式得到：

其中，v₂为泵出口流速，v₁为泵进口流速，p₂为泵出口压力，p₁为泵的进口压力，ρ为介质的密度。

进一步的，在所述的隔音水箱内设有电加热器，在确定电动机的转速和离心泵的流量条件下，通过调整电加热器的功率，改变水温，实现不同水温下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

进一步的，在确定电动机的转速的条件下，改变流量调节阀的开度，重复步骤(6)-(8)，可实现不同流量下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

进一步的，为了评价离心泵周向某个测点的流动辐射噪声强弱，将其各特征频率处声压级进行叠加，得到其总声压级TSPL，TSPL值通过以下公式确定：

其中，SPL_i为某个频率下的噪声值，n为选取的频率数量；

根据公式(2)可依次获得16个测点的总声压级，从而实现离心泵周向流动辐射噪声的测量，并可实时监控不同工况下的周向流动辐射噪声。

进一步的，在口管道的出口和入口管道的入口上均设有水听器。

进一步的，通过所述水听器获取的噪声值，可实现离心泵进出口流动噪声的测量，并可实时监控不同工况下的进出口流动噪声。

进一步的，在隔音水箱内的介质可以是水，也可以是其他的介质，例如：油、酒精等其它液体。

本发明的有益效果如下：

该方法可实现不同运行工况下的噪声监控，在不改变整个监测系统的情况下，也可更换不同型号的离心泵。通过该平台可精确监控离心泵在不同运行工况下的流动噪声，为下一步离心泵流动噪声控制技术的研究奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是测量平台系统图；

图2是离心泵周向测点布置图；

图3是隔音室局部截面图；

图4是某测点的噪声数据例图；

图5是用于固定噪声采集装置的支架；

图中：1离心泵；2压力传感器；3隔音室；4流量调节阀；5电磁流量计；6隔音水箱；7水位计；8水箱台架；9排污阀；10止回阀；11离心泵台架；12周向测点位置；13噪声分析仪；14计算机；15电控箱；16变频器和电动机；17联轴器；18水听器测点；19电加热器；20隔音墙；21吸音棉，22噪声采集装置；23简易支架立杆；24简易支架底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

术语解释部分：本发明中的“隔音水箱”里面的水是一个范范的名词，并不是指里面试验的液体一定是水，可以是也可以是其他的介质，例如：油、酒精等其它液体；这个测量方法可以适应于其他介质。

如图1所示，该测量平台包括离心泵、变频器、定速电动机、隔音室、隔音水箱、进出口管道、电磁流量计、噪声分析仪、水听器测点、压力传感器、计算机、电控箱、相关台架及阀门组成。在所述的隔音室3内安装有离心泵台架11，在所述的离心泵台架11上设有待测试的离心泵1，所述的离心泵1通过一个连轴器17与设置在隔音室3外的电动机相连，所述的电动机的速度有变频器进行控制；离心泵1的出口通过出口管道与隔音水箱6相连，入口通过入口管道与隔音水箱6相连，在所述的出口管道上设置有流量调节阀4和电磁流量计5，在所述的入口管道上设有排污阀9和止回阀10；沿离心泵1四周的圆周方向上设有多个噪音采集装置，所述的噪音采集装置与噪声分析仪13相连，所述的噪声分析仪13与计算机14相连。通过该测量平台，可实时监测不同工况下离心泵流动噪声的大小。

具体的结构分析如下：

(1)变工况运行包括以下三个方面：

变频器和定速电动机通过联轴器17与离心泵1相连，可通过电控箱15的控制面板改变变频器的频率，从而改变离心泵的转速，实现该测试平台中离心泵的变转速运行。介质的流动方向如图1中箭头所示。

在离心泵1某个转速下，通过改变出口的流量调节阀4而改变系统的流量，具体流量值可通过电磁流量计5确定，从而实现该测量平台中离心泵的变流量运行。

隔音水箱6中设有电加热系统，可改变系统水温，从而实现系统的变水温运行，这里所述的电加热系统可以采用设置在隔音水箱内的电加热器19。

(2)整个测量平台分四大部分：隔音室、隔音水箱、测量终端及管路系统。

如图3所示，隔音室3由隔音墙20和外敷在隔音墙20外面的吸音棉21组合而成，离心泵1、周向测点12(1#-16#测点)、部分进出口管道以及离心泵部分台架放置于隔音室内。

测量终端(包括计算机14、噪声分析仪13、压力传感器终端2等)布置在远离隔音室的位置，保证外部环境噪声与离心泵流动噪声隔离，减小测量误差。

变频器和定速电动机16放置于隔音室3外部，主轴穿过隔音室3的位置进行了特殊隔音处理，同时将电动机和变频器16增设消音罩，外敷吸音棉，减小电动机噪声向隔音室3内的传递，减小测量误差。

排污阀8属非能动阀门，在系统运行过程中的杂质及污垢，可通过排污阀自动过滤至阀体底部，通过定期清理阀体底部污垢，保证了系统中介质的洁净度。

在停泵之后，关闭止回阀10，有效保证了吸入管路中介质的回流，有利于离心泵的下一次安全启动。

隔音水箱6是普通的钢结构，焊接而成。内表面经过特殊处理，从而实现防腐防锈；外表面敷设一层吸音棉，减小回水噪声对测试环境的影响。隔音水箱一侧布置水位计7，可观察水箱水位变化。

周向测点沿着泵四周方向设置16个，沿着圆周方向均匀排布，分别为1#，2#......8#......15#和16#，位于距离泵中心1m的位置，依靠固定噪声采集装置的支架(图5)确定测点位置，该支架上噪声采集装置22高度可调。

其中，1#测点位于出口处，顺时针顺序依次为2#，3#......16#(如图2所示)。

噪声分析仪13可实时采集周向16个测点获取的噪声声压级数据，并将获取的数据远传至计算机14，通过计算机中的噪声分析软件完成声压级分析，实时绘制噪声变化曲线，从而实现不同工况下流动噪声的测量。

进出口布置的压力传感器2可实时测量不同工况下离心泵进出口的静压变化，为离心泵的性能分析提供实时压力数据。

该测试平台设有水听器18，安装于离心泵进出口管道上，可测量不同工况下离心泵进出口的流动噪声。

水箱台架8将水箱置于一定高度，可保证水箱水位高于离心泵进口，保证了离心泵的安全运行。

噪音采集装置的安装可以通过一个简易安装架进行安装，包括一个简易支架立杆23和简易支架底座24，简易支架立杆23上安装噪声采集装置22。

利用上述装置进行试验，在某个运行工况下，通过该测试平台输出的某个测点的噪声变化图如图4所示，图中横坐标为噪声的频率(Hz)，纵坐标为噪声值(dB)。可见，通过该测试平台可实时监测该测点处不同频率的噪声值。

利用上述系统进行离心泵流动噪声的测量方法通过以下步骤实现：

(1)打开测量终端，即噪声分析仪13和计算机14，开启噪声分析软件，并调试完成。

(2)打开止回阀10，打开电磁流量计5，以备实时监控系统流量。

(3)开启电控柜15总开关，通过电控柜按钮，调整变频器16在额定工况下的频率，该频率下对应离心泵额定转速。

(4)开启离心泵1，然后打开流量调节阀4直至阀门全开。

(5)系统稳定后，通过电磁流量计5记录系统流量。并采集进出口压力测点2所获取的压力数据，并传输至计算机14。进出口压力测点获取的压力数据的主要作用：校核额定工况下，离心泵内的计算扬程与说明书中提供的扬程之间的误差。计算扬程通过下式得到：

其中，v₂为泵出口流速(等于流量与出口截面积之比)，v₁为泵进口流速(等于流量与进口截面积之比)，p₂为泵出口压力(取值来自测试系统的压力测点)，p₁为泵的进口压力(取值来自测试系统的压力测点)。ρ为水的密度，因水温的不同而不同。

(6)通过噪声分析仪13记录进出口处由水听器18采集的噪声数据，并传输至计算机14；

(7)通过噪声分析仪13记录周向测点(图1中12所示)噪声数据，并传输至计算机14，周向共16个测点，获得16组数据。

(8)改变变频器频率，则改变了水泵转速，从而实现不同转速工况下，进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

(9)确定某个转速，改变流量调节阀4的开度，重复上述5-7步，可实现不同流量下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

(10)确定某个转速和流量，通过调整电加热器的功率，改变水温，可实现不同水温下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

某工况下，周向某个测点的流动辐射噪声如图3所示。图3中示例性的列出了60-4000Hz下的流动辐射噪声。

为了评价离心泵周向某个测点的流动辐射噪声强弱，需要将其各特征频率处声压级进行叠加，得到其总声压级(Total Sound Pressure Level，TSPL)，可采用如下公式计算得到TSPL值。

其中，SPL_i为某个频率下的噪声值，n为选取的频率数量，表1中选取了8个不同频率下1#-7#测点的噪声值(SPL_i)。

根据公式(2)可依次获得16个测点的总声压级，从而实现离心泵周向流动辐射噪声的测量，并可实时监控不同工况下的周向流动辐射噪声。

通过进出口水听器获取的噪声值，可实现离心泵进出口流动噪声的测量，并可实时监控不同工况下的进出口流动噪声，表2所示为某工况下出口水听器监测到的不同频率下的噪声值。

表1：某工况下1#-7#测点噪声值

表2：某工况下出口水听器监测到的不同频率的噪声值

频率Hz	100	250	400	500	800	1250	2000	4000	5000
										噪声dB	32.2	43.8	41.1	39.1	42.4	38.2	33.7	20.9	19.6

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)搭建测量系统；

在隔音室内安装有离心泵台架，在离心泵台架上设有待测试的离心泵，将离心泵通过一个连轴器与设置在隔音室外的电动机相连，将电动机与变频器相连；离心泵的出口通过出口管道与隔音水箱相连，入口通过入口管道与隔音水箱相连，在出口管道上设置有流量调节阀和电磁流量计，在入口管道上设置排污阀和止回阀；所述的出口管道的出口和入口管道的入口上均设置压力传感器；沿离心泵四周的圆周方向上设置多个噪音采集装置，将噪音采集装置与噪声分析仪相连，将噪声分析仪与计算机相连；

(2)打开噪声分析仪和计算机，开启噪声分析软件，并调试完成；

(3)打开止回阀，打开电磁流量计，以备实时监控系统流量；

(4)调整变频器在额定工况下的频率，该频率下对应离心泵额定转速；

(5)开启离心泵，然后打开流量调节阀直至阀门全开；

(6)系统稳定后，通过电磁流量计记录系统流量；通过压力传感器采集进出口压力测点所获取的压力数据，并传输至计算机；

(7)通过噪声分析仪记录进出口处由水听器采集的噪声数据，并传输至计算机；

(8)通过噪声分析仪记录周向噪音采集装置的噪声数据，并传输至计算机。

2.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，在所述的离心泵的周向共设有16个噪音采集装置，获得16组数据。

3.如权利要求2所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，第一个噪音采集装置位于离心泵的出口处，其余的15个噪音采集装置按照顺时针顺序排列一圈。

4.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，所述压力传感器获取的压力数据的主要作用是校核额定工况下，离心泵内的计算扬程与说明书中提供的扬程之间的误差。

5.如权利要求4所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，离心泵内的计算扬程通过下式得到：

$h=\frac{{v_2}^2-{v_1}^2}{2g}+\frac{p_2-p_1}{\mathrm{\ρ}g}---\left(1\right)$

其中，v₂为泵出口流速，v₁为泵进口流速，p₂为泵出口压力，p₁为泵的进口压力，ρ为水的密度。

6.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，在所述的隔音水箱内设有电加热器，在确定电动机的转速和离心泵的流量条件下，通过调整电加热器的功率，改变水温，实现不同水温下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

7.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，在确定电动机的转速的条件下，改变流量调节阀的开度，重复步骤(6)-(8)，可实现不同流量下进出口流动噪声和周向流动辐射噪声的测量。

8.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，为了评价离心泵周向某个测点的流动辐射噪声强弱，将其各特征频率处声压级进行叠加，得到其总声压级TSPL，TSPL值通过以下公式确定：

$TSPL=10lg\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{10}^{{\mathrm{SPL}}_i/10}---\left(2\right)$

其中，SPL_i为某个频率下的噪声值，n为选取的频率数量；

根据公式(2)可依次获得16个测点的总声压级，从而实现离心泵周向流动辐射噪声的测量，并可实时监控不同工况下的周向流动辐射噪声。

9.如权利要求1所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，在口管道的出口和入口管道的入口上均设有水听器。

10.如权利要求9所述的离心泵流动噪声的测量方法，其特征在于，通过所述水听器获取的噪声值，可实现离心泵进出口流动噪声的测量，并可实时监控不同工况下的进出口流动噪声。