CN112199866B - 一种识别叶片泵或风机噪声源的方法 - Google Patents

一种识别叶片泵或风机噪声源的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种识别叶片泵或风机噪声源的方法，该方法包括如下步骤：引入噪声变化度K这一评价参数；判断噪声特征种类，引入无因次化频率：当噪声为离散谱时，根据无因次化频率确定振动噪声量级L；当噪声为宽带谱时，采用1/3 Oct的形式计算振动噪声量级L；调整叶片泵或风机的转速，以工作转速为上界，计算噪声变化度K；根据噪声变化度K的大小判据判断噪声源性质。本发明的有益效果为：本发明利用不同性质噪声源引起的振动噪声量级对泵或风机转速的敏感性不同的特点，创造性地引入了用于查明噪声源性质的噪声变化度K这一评价参数，对叶片泵或风机类设备噪声源进行识别，为查明设备噪声性质和声学改进提供依据，填补了国内技术空白。

Description

一种识别叶片泵或风机噪声源的方法
技术领域
本发明设计涉及舰船振动噪声控制技术，具体涉及一种识别叶片泵或风机类设备噪声源的方法。
背景技术
舰船振动噪声控制是当前舰船设计领域的一个热点，无论是在军用船舶还是民用船舶方面都受到了越来越多的关注和重视。舰船上工作的机械设备是舰船振动噪声的主要来源(包括空气噪声、结构振动以及引起的水下辐射噪声)，降低机械设备的振动噪声，改善其声学特性是舰船振动噪声控制的重要方向。
从设计与建造实践来看，舰船上安装的叶片泵(离心泵、轴流泵和混流泵)或风机(叶片风机、轴流风机)是舰船振动噪声控制方面值得重点关注的一种设备类型，一是设备数量大，是舰船振动噪声的主要噪声源之一，如大量布置的舱室风机，是舱室空气噪声的主要噪声源；各种用于泵送冷却水的叶片泵是形成水下噪声和结构振动的主要噪声源；二是从设备层面进行声学改进的收益大，与主机或其它大型设备相比，一旦查明了引起其振动噪声的的主要噪声源及性质，开展设备改进，提高声学性能，周期短、见效快。
对于叶片泵或风机等设备而言，引起其振动噪声的有各种不同性质的噪声源，主要分为机械性和流体性的噪声源：(1)机械性质的噪声源，电机、叶轮以及转轴等转动部件的不平衡，设备结构的共振，轴承摩擦，电磁力引起的振动；(2)流体性，叶片(叶轮)水动力的不平衡，非均匀非定常的介质流动与叶片的相互作用，工作介质流过设备内部部件的涡发放，空化(对于泵而言)以及结构部件的自激振动。
传统的噪声源分析与识别，主要是对设备的声学参数(空气噪声和结构振动)进行测量，分析其频谱特性，如离散谱(轴频、叶频或其倍频)、宽带谱(包括几个1/3Oct)等。根据不同性质噪声源在频率上的贡献差别，来判断噪声源的属性。具体如下：
表1依据频率判断噪声源特性的对照表(叶片泵或风机)
Figure GDA0003649981300000011
Figure GDA0003649981300000021
在实际中，采用上述表格所示的频率判断方法，可能出现由于振动或噪声特征频率大多是轴频或轴频的倍频，并且存在相互之间的重叠，从而不能进行准确判断的问题。比如，某水泵由于不对中，在5倍轴频处出现了较强振动，然而该水泵为5叶转子(叶轮)，因此难以凭借频率特性对其噪声源特性进行准确的定位。
因此，建立一种新的技术方法以解决由于频率重叠带来的噪声源判定失效的问题显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可对噪声源特性准确定位的识别压迫泵或风机噪声源的方法。
本发明采用的技术方案为：一种识别叶片泵或风机噪声源的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、引入噪声变化度K这一评价参数，噪声变化度K为：
Figure GDA0003649981300000022
在式(1)中，n2、n1分别为叶片泵或风机两个不同的转速，l/s；L2、L1分别为转速n2、n1对应的振动噪声量级，dB；
步骤二、根据叶片泵或风机噪声源性质的振动噪声的谱特点，判断噪声特征种类，引入无因次化频率
Figure GDA0003649981300000023
Figure GDA0003649981300000024
在式(2)中，f为频率，Hz；n为转速，l/s；
步骤三、当噪声为离散谱时，根据无因次化频率
Figure GDA0003649981300000025
确定振动噪声量级L，再转入步骤五；若噪声为宽带谱，转入步骤四；
步骤四、当噪声为宽带谱时，采用1/3Oct的形式计算振动噪声量级L；
步骤五、调整叶片泵或风机的转速，以工作转速nw为上界，计算噪声变化度K；
步骤六、根据噪声变化度K的大小判据判断噪声源性质。
按上述方案，在步骤三中，
(1)、若离散谱对应的无因次化频率
Figure GDA0003649981300000031
则进行频谱分析时，采取Δf＝1Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L；
(2)、如离散谱对应的无因次化频率
Figure GDA0003649981300000032
则进行频谱分析时，采取Δf＝5Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L。
按上述方案，在步骤五中，
(1)、噪声为离散谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1，测量对应的振动噪声量级L1，根据下式计算噪声变化度K：
Figure GDA0003649981300000033
(2)、噪声为宽带谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1，测量对应的振动噪声量级L1，根据公式(3)计算噪声变化度K。
按上述方案，在步骤六中，噪声为离散谱噪声时：
a、轴频及其谐频，轴频f＝i×N/60，式中N为转动部件转速r/min；i为轴频的阶次，i＝1、2、3、4……；K＝2，则噪声源性质为：泵或风机转动部件的机械不平衡；
b、叶频及其谐频，叶频f＝i×Z×N/60，式中N为转动部件转速r/min；i为轴频的阶次，i＝1、2、3、4……；Z为叶片或叶轮数，K＝2.0，则噪声源性质为：非均匀和非定常流与叶轮等部件的相互作用；
c、若噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：由设备激励引起系统管路的共振；
d、若在一定转速范围内，噪声变化度K的值跳动，同时振动噪声也存在阶跃式变化，则噪声源性质为：部件的涡激自振。
按上述方案，在步骤六中，噪声为宽带谱噪声时：
a、若噪声变化度K＝3，噪声源性质为：工作介质的涡发放；
b、若噪声变化度K＝2，噪声源性质为：工作介质的压力脉动；
c、若噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：介质的局部空化。
按上述方案，在步骤四中，若单个1/3Oct无法覆盖需要查明噪声源的宽带噪声频带时，则对所涉及的所有1/3Oct振动噪声进行能量求和，计算其振动噪声量级L。
本发明的有益效果为：本发明利用不同性质噪声源引起的振动噪声量级对泵或风机转速的敏感性不同的特点，创造性地引入了用于查明噪声源性质的噪声变化度K这一评价参数，该参数与噪声源性质具有明确的量化对应关系，可通过测量泵或风机转速和噪声(振动)等相关参数计算得到，利用不同噪声源情况下噪声变化度的量值不同的特点，对叶片泵或风机类设备噪声源进行识别，为查明设备噪声性质和声学改进提供依据，填补了国内技术空白。本发明所述方法可实现该类机械设备不同性质噪声源的快速查明和定位，对机械设备振动异常问题整改、防止设备损坏等方面具有重要积极意义。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的流程图。
图2为本实施例中叶片泵或风机转速n变化时声学特性L变化。
图3为本实施例中判断离散谱的方法示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1所示的一种识别叶片泵或风机噪声源的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、引入噪声变化度K这一评价参数，噪声变化度K为叶片泵或风机的振动噪声量级的差值与对应转速对数值的差值之比，具体为：
Figure GDA0003649981300000041
在式(1)中，n2、n1分别为叶片泵或风机两个不同的转速，(l/s)；L2、L1分别为转速n2、n1对应的振动噪声量级，dB。
步骤二、根据叶片泵或风机噪声源性质的振动噪声的谱特点，判断噪声特征种类，引入无因次化频率
Figure GDA0003649981300000042
对某个叶片泵或风机，明确在工作转速nw需确定噪声源性质的振动噪声的谱特点，定义无因次化频率
Figure GDA0003649981300000043
Figure GDA0003649981300000044
在式(2)中，f为频率，Hz；n为转速，l/s。
步骤三、当噪声为离散谱时，根据无因次化频率
Figure GDA0003649981300000045
确定振动噪声量级L，再转入步骤五；若噪声为宽带谱，转入步骤四。
噪声为离散谱时，分以下两种情况：
(1)、若离散谱对应的无因次化频率
Figure GDA0003649981300000051
则进行频谱分析时，采取Δf＝1Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L，其中窄带谱中超出连续谱6dB以上的判定为离散谱，判断方法见图3
(2)、如离散谱对应的无因次化频率
Figure GDA0003649981300000052
则进行频谱分析时，采取Δf＝5Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L。
步骤四、当噪声为宽带谱时，采用1/3Oct的形式测量振动噪声量级L。如单个1/3Oct无法覆盖需要查明噪声源的宽带噪声频带时，则对所涉及的所有1/3Oct振动噪声进行能量求和，计算其振动噪声量级。本发明中，1/3Oct为标准的表达形式，任何测量仪器均可直接测量得到。
步骤五、调整叶片泵或风机(具备转速在0.7nw～1.0nw的调整和稳定工作能力)的转速，以工作转速nw为上界，计算噪声变化度K。
(1)、噪声为离散谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1(n1＝0.8～0.85nw)，测量对应的振动噪声量级L1，根据下式计算噪声变化度K：
Figure GDA0003649981300000053
(2)、噪声为宽带谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1(n1＝0.7～0.75nw)，测量对应的振动噪声量级L1，根据公式(3)计算噪声变化度K。
步骤六、根据噪声变化度K的大小判据判断噪声源性质。
(1)、噪声为离散谱噪声：
a、轴频及其谐频(不含叶频)，轴频f＝i×N/60(N为转动部件转速r/min；i为谐频的阶次，i＝1、2、3、4……)，K＝2(实际操作中取K＝1.5～2.5)，则噪声源性质为：泵或风机转动部件的机械不平衡；
b、叶频及其谐频，叶频f＝i×Z×N/60(N为转动部件转速r/min；i为谐频的阶次，i＝1、2、3、4……，Z为叶片或叶轮数)，K＝2.0(实际操作中取K＝1.5～2.5)，则噪声源性质为：非均匀和非定常流与叶轮等部件的相互作用；
c、当噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：由设备激励引起系统管路的共振；
d、若在测量的转速范围内内，噪声变化度K的值存在大幅跳动(K值变化达到了0.5以上)，同时振动噪声也存在阶跃式变化，则噪声源性质为：叶轮等部件的涡激自振。
(2)、噪声为宽带谱噪声：
a、当噪声变化度K＝3(实际操作中取K＝2.5～3.5)，噪声源性质为：工作介质的涡发放；
b、当噪声变化度K＝2(实际操作中取K＝2.5～3.5)，噪声源性质为：工作介质的压力脉动；
c、当噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：介质的局部空化(对水、油等液体介质)。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种识别叶片泵或风机噪声源的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、引入噪声变化度K这一评价参数，噪声变化度K为：
Figure FDA0003663564700000011
在式(1)中，n2、n1分别为叶片泵或风机两个不同的转速，l/s；L2、L1分别为转速n2、n1对应的振动噪声量级，dB；
步骤二、根据叶片泵或风机噪声源性质的振动噪声的谱特点，判断噪声特征种类，引入无因次化频率
Figure FDA0003663564700000012
Figure FDA0003663564700000013
在式(2)中，f为频率，Hz；n为转速，l/s；
步骤三、当噪声为离散谱时，根据无因次化频率
Figure FDA0003663564700000014
确定振动噪声量级L，再转入步骤五；若噪声为宽带谱，转入步骤四；
步骤四、当噪声为宽带谱时，采用1/3Oct的形式计算振动噪声量级L；
步骤五、调整叶片泵或风机的转速，以工作转速nw为上界，计算噪声变化度K；
步骤六、根据噪声变化度K的大小判据判断噪声源性质。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，
(1)、若离散谱对应的无因次化频率
Figure FDA0003663564700000015
则进行频谱分析时，采取Δf＝1Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L；
(2)、如离散谱对应的无因次化频率
Figure FDA0003663564700000016
则进行频谱分析时，采取Δf＝5Hz的频率间隔，提取离散谱的振动噪声量级L。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤五中，
(1)、噪声为离散谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1，测量对应的振动噪声量级L1，根据下式计算噪声变化度K：
Figure FDA0003663564700000017
(2)、噪声为宽带谱时，测量工作转速nw下设备的振动噪声，获得对应的振动噪声量级Lw；降低转速至n1，测量对应的振动噪声量级L1，根据公式(3)计算噪声变化度K。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤六中，噪声为离散谱噪声时：
a、轴频及其谐频，轴频f＝i×N/60，式中N为转动部件转速r/min；i为轴频的阶次，i＝1、2、3、4……；K＝2，则噪声源性质为：泵或风机转动部件的机械不平衡；
b、叶频及其谐频，叶频f＝i×Z×N/60，式中N为转动部件转速r/min；i为轴频的阶次，i＝1、2、3、4……；Z为叶片或叶轮数，K＝2.0，则噪声源性质为：非均匀和非定常流与叶轮的相互作用；
c、若噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：由设备激励引起系统管路的共振；
d、若在一定转速范围内，噪声变化度K的值跳动，同时振动噪声也存在阶跃式变化，则噪声源性质为：部件的涡激自振。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤六中，噪声为宽带谱噪声时：
a、若噪声变化度K＝3，噪声源性质为：工作介质的涡发放；
b、若噪声变化度K＝2，噪声源性质为：工作介质的压力脉动；
c、若噪声变化度K≥4.0，噪声源性质为：介质的局部空化。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤四中，若单个1/3Oct无法覆盖需要查明噪声源的宽带噪声频带时，则对所涉及的所有1/3Oct振动噪声进行能量求和，计算其振动噪声量级L。
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