霍幼文，王水平，李向陽(yáng)，賀小峰，劉東升，潘再兵

(1. 上海凱士比泵有限公司，上海 200245；

2. 海軍駐上海電站輔機(jī)廠軍事代表室，上海 200090；3. 海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局，上海 200031；

4. 華中科技大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，噪聲污染已成為當(dāng)今社會(huì)環(huán)境污染的三大公害之一，給人類健康帶來(lái)極大的危害。機(jī)電設(shè)備的噪聲越來(lái)越受到各行業(yè)的重視，降噪減振已成為許多廠家產(chǎn)品升級(jí)換代的研究方向。

離心泵廣泛應(yīng)用于水利電力、石油化工、礦山冶金、建筑環(huán)保、航天航空、艦船艦艇等各個(gè)領(lǐng)域。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及對(duì)技術(shù)性能要求的提高，有些用戶對(duì)設(shè)備噪聲的重視程度，甚至超過(guò)了節(jié)能降耗。如何有效降低泵組噪聲，已成為提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的一個(gè)重要因素。泵類流體機(jī)械學(xué)科與其他學(xué)科的交叉越來(lái)越廣泛，來(lái)自不同行業(yè)及不同專業(yè)的科研人員，進(jìn)行跨學(xué)科的共同研究越來(lái)越普遍，逐步形成全要素、多領(lǐng)域、高效益的軍民融合深度發(fā)展格局。

1 國(guó)內(nèi)外研究綜述

泵組噪聲，主要包括離心泵噪聲和電動(dòng)機(jī)噪聲。根據(jù)電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生機(jī)理的不同方式，大致可分為三大類：電磁噪聲、機(jī)械噪聲、空氣動(dòng)力噪聲，其中電磁噪聲占很大比例。

引起離心泵運(yùn)行噪聲的因素有很多，除了泵組自身的電氣結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)外，還包括流體動(dòng)力學(xué)因素，運(yùn)行的轉(zhuǎn)速、流量和揚(yáng)程等工況，以及輸送介質(zhì)等。離心泵的噪聲分為機(jī)械噪聲和流噪聲，幾乎全部來(lái)自于泵殼內(nèi)部，與泵殼內(nèi)流體的壓力脈動(dòng)直接相關(guān)[1]。機(jī)械噪聲為機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)的輻射噪聲，所產(chǎn)生噪聲的峰值頻率通常為離心泵轉(zhuǎn)速的倍數(shù)[2]。機(jī)械噪聲主要來(lái)自軸承、機(jī)封、密封環(huán)、平衡鼓等摩擦以及連接螺栓、鍵銷、管接頭等的松動(dòng)。機(jī)械噪聲通?？梢院雎圆挥?jì)，除非有嚴(yán)重的軸承機(jī)封磨損或轉(zhuǎn)子擦碰等故障發(fā)生。

流噪聲包括水動(dòng)力噪聲和氣動(dòng)力噪聲，也稱為流體動(dòng)力性噪聲，主要由旋轉(zhuǎn)噪聲和湍流噪聲組成。趙威[3]指出旋轉(zhuǎn)噪聲為離散噪聲，與離心泵內(nèi)部的動(dòng)靜干涉有關(guān)。而湍流噪聲為寬頻噪聲，主要與流體與葉片的相互作用、漩渦的生成、擴(kuò)散和潰滅，汽蝕以及粘性尾流等非定?，F(xiàn)象有關(guān)。周心一等[4]指出流噪聲的一般特點(diǎn)是頻率覆蓋域很寬的寬帶連續(xù)譜噪聲，其上也可疊加一些特征線譜。線譜噪聲反映了離心泵的結(jié)構(gòu)特征，主要表現(xiàn)為軸頻、葉頻及其倍頻，與離心泵的動(dòng)平衡、轉(zhuǎn)速以及葉輪的葉片數(shù)相關(guān)。

蔣愛(ài)華等[5]提出對(duì)離心泵噪聲進(jìn)行全局性研究，包括管路、閥門等在內(nèi)，研究其誘發(fā)的噪聲對(duì)噪聲總級(jí)的貢獻(xiàn)。賀小峰等[6]指出水流通過(guò)的方向遇有面積變化的流道或閥口時(shí)，因剪切、摩擦及渦流現(xiàn)象而產(chǎn)生噪聲。龔衛(wèi)鋒等[7]指出在多工況下運(yùn)行的離心泵，采用變頻器變速調(diào)節(jié)替代閥門節(jié)流調(diào)節(jié)，能夠有效地降低離心泵的振動(dòng)和噪聲。張德滿等[8]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，變頻調(diào)速時(shí)離心泵出口振動(dòng)更小，因此通過(guò)變頻調(diào)速，可以降低離心泵出口的振動(dòng)和噪聲?？卤萚9]等強(qiáng)調(diào)在管路系統(tǒng)聲學(xué)特性測(cè)試技術(shù)等方面，開(kāi)展更深入、更細(xì)致的研究。

夏極等[10]針對(duì)典型的離心泵組，設(shè)計(jì)了蓄能器和亥姆赫茲消聲器相結(jié)合的低噪聲排水裝置。周志杰等[11]對(duì)管路閥門阻力系數(shù)進(jìn)行了研究，更準(zhǔn)確地掌握管路系統(tǒng)的阻力特性，滿足節(jié)能和低噪聲需求。李志印等[12]對(duì)引起管路振動(dòng)噪聲的氣流峰值頻率進(jìn)行了分析，提出了降低風(fēng)管氣流速度，關(guān)鍵部位采用雙吊架結(jié)構(gòu)隔振。趙大為、沈正帆、王勇、喻萌、蔡標(biāo)華、孫營(yíng)輝等[13-18]在管路及系統(tǒng)的噪聲、壓力脈動(dòng)及減振降噪方面取得了許多研究成果，包括管路壓力脈動(dòng)抑制裝置、隔振通艙管件、彈性隔振器、管路約束方式、管路彈性支撐以及液壓系統(tǒng)等，對(duì)管路系統(tǒng)研究及聲波傳遞特性的研究漸趨成熟。

目前國(guó)內(nèi)外離心泵噪聲特性的研究，主要側(cè)重于單級(jí)離心泵，對(duì)于大功率高揚(yáng)程多級(jí)離心泵，則不多見(jiàn)。多級(jí)離心泵的計(jì)算模型，大多未充分考慮密封環(huán)、平衡鼓、回水管、軸承、軸向力等多個(gè)因素之間的耦合作用，無(wú)法滿足多級(jí)離心泵在大流量、高揚(yáng)程及多轉(zhuǎn)速下的計(jì)算需求。流場(chǎng)計(jì)算時(shí)通常只計(jì)算出葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)幾周或十幾周的瞬態(tài)流場(chǎng)結(jié)果，對(duì)更長(zhǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的結(jié)果缺少分析和驗(yàn)證。多級(jí)離心泵噪聲特性的試驗(yàn)研究，對(duì)于降低離心泵組噪聲水平，提高其整體性能具有重要意義。

2 試驗(yàn)介紹

某型號(hào)泵組由多級(jí)離心泵、電機(jī)、變頻器、控制箱等組成。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，離心泵有3 個(gè)運(yùn)行工況，分別為小流量工況、額定流量工況、大流量工況。在每個(gè)運(yùn)行工況下，測(cè)試離心泵的噪聲特性。

離心泵配用兩極三相異步電動(dòng)機(jī)，電流頻率50 Hz。測(cè)試點(diǎn)工況為額定流量工況和小流量工況，小流量工況運(yùn)行流量為額定工況的0.5 倍。泵組的軸頻50 Hz，首級(jí)葉輪葉頻250 Hz，次級(jí)葉輪葉頻350 Hz。

該泵設(shè)計(jì)為徑向吸入和徑向排出結(jié)構(gòu)，水力部件通過(guò)導(dǎo)軸承支撐，并通過(guò)聯(lián)軸器與電機(jī)連接。采取節(jié)段式殼體設(shè)計(jì)，具有多個(gè)扭曲葉片的閉式離心式葉輪?；瑒?dòng)軸承采用高分子復(fù)合材料。機(jī)械密封采用集裝式，用于輸送清潔或含泥沙顆粒的淡水、海水。為了降低整個(gè)泵組的噪聲，在泵的結(jié)構(gòu)上采取了高強(qiáng)度高精度的設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了葉輪、導(dǎo)葉及壓水室等流道結(jié)構(gòu)。

2.1 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)

試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)由離心泵、電機(jī)、進(jìn)出口閥門、管路、水箱、壓力表、壓力變送器、流量計(jì)等組成，如圖1所示。水流從水箱流出，經(jīng)過(guò)泵進(jìn)口閥到達(dá)泵的進(jìn)口，在離心泵內(nèi)加壓后從出口流出，經(jīng)過(guò)泵出口閥、管路、流量計(jì)等回到水箱內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)閉式循環(huán)。

主要測(cè)試儀器：噪聲振動(dòng)多分析系統(tǒng)、聲級(jí)校準(zhǔn)器、傳聲器組、標(biāo)準(zhǔn)激勵(lì)器、壓力表、壓力變送器、流量計(jì)等。

圖 1 試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of test system

試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)：用于水泵性能測(cè)試的閉式試驗(yàn)臺(tái)，其測(cè)試不確定度小于0.5%。設(shè)備儀器儀表標(biāo)定證書符合GB/T 3216 及GJB 4058 的精度要求。

2.2 噪聲試驗(yàn)環(huán)境及測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)環(huán)境：多級(jí)離心泵為立式結(jié)構(gòu)，采取腰部支撐彈性安裝于試驗(yàn)支架上，支架與基礎(chǔ)平臺(tái)剛性連接，進(jìn)出口管路采用彈性安裝。在進(jìn)出管路及閥門部位包上吸音棉，以減輕干擾。出口閥門在管路上距離泵10 m以外，可以忽略其噪聲對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)背景噪聲A 聲級(jí)不超過(guò)45 dB，低于被測(cè)設(shè)備A 聲級(jí)10 dB 以上，本次測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)需修正。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)空間高大寬闊，室內(nèi)空氣流速小于1 m/s，除地面反射外，周邊墻體及頂棚距離較遠(yuǎn)反射可忽略不計(jì)，是比較理想的聲學(xué)測(cè)量環(huán)境。

噪聲測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2，其中1～5 號(hào)測(cè)點(diǎn)為噪聲測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)離泵組表面的距離均為1 m。5 號(hào)測(cè)點(diǎn)布置在泵組正上方1 m 處。其中1～4 號(hào)測(cè)點(diǎn)布置在泵組的前后左右，離地面基礎(chǔ)平臺(tái)的高度為1.5 m。

圖 2 噪聲測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig. 2 Schematic diagram of noise measuring point arrangement

2.3 噪聲測(cè)量系統(tǒng)

噪聲測(cè)量系統(tǒng)及流程見(jiàn)圖3。通過(guò)5 個(gè)測(cè)點(diǎn)的傳聲器取得信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大分析計(jì)算后，分別輸出5 個(gè)噪聲數(shù)據(jù)，然后計(jì)算平均值。根據(jù)泵組不同頻帶的空氣噪聲A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，繪成頻譜圖。

圖 3 噪聲測(cè)量系統(tǒng)框圖Fig. 3 Block diagram of noise measurement system

3 試驗(yàn)內(nèi)容及步驟

泵組空氣噪聲的測(cè)量包括，空氣噪聲A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（20 Hz～10 kHz）和空氣噪聲1/3 倍頻程頻帶聲壓級(jí)（20 Hz～10 kHz）。離心泵配用變頻水冷電機(jī)，在模擬負(fù)載下單獨(dú)測(cè)得的水冷電機(jī)的空氣噪聲A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)較低，相對(duì)于離心泵的噪聲而言可忽略不計(jì)。

3.1 試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)于同一臺(tái)多級(jí)離心泵，在不同運(yùn)行條件下分別進(jìn)行了3 次噪聲測(cè)試。測(cè)試單位、人員和地點(diǎn)都相同。泵運(yùn)行時(shí)沒(méi)有汽蝕現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)噪聲的影響可以忽略。噪聲測(cè)試時(shí)，泵的進(jìn)口閥門全開(kāi)，出口閥門開(kāi)度根據(jù)工況調(diào)整。

第1 次試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，泵組僅僅經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)的性能試驗(yàn)及汽蝕試驗(yàn)，為全新的狀態(tài)。第2 次試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，泵組已完成了連續(xù)3 個(gè)多月的清水運(yùn)行試驗(yàn)及1 個(gè)多月的泥沙運(yùn)行試驗(yàn)，為輕微磨損狀態(tài)。第3 次試驗(yàn)測(cè)試時(shí)，泵組已進(jìn)行了拆檢清洗，葉輪和導(dǎo)葉的流道再次打磨，經(jīng)修復(fù)還原配合間隙。

3.2 試驗(yàn)步驟

1）檢查試驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境是否符合要求，檢查電機(jī)、變頻器、控制柜接線是否正確。

2）完全打開(kāi)泵進(jìn)口閥門并關(guān)閉出口閥門，通電點(diǎn)動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查電機(jī)旋向是否正確。選擇低速啟動(dòng)，然后緩慢調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，逐步上升到額定值。最后逐漸打開(kāi)出口閥門使流量揚(yáng)程到額定工況點(diǎn)。泵組應(yīng)始終平穩(wěn)運(yùn)行，沒(méi)有異常振動(dòng)或噪聲。

3）測(cè)量泵的進(jìn)出口壓力、轉(zhuǎn)速、流量、電流、電壓及空氣噪聲等。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

泵組在小流量工況和額定流量工況分別做了3 次測(cè)試，得到了多組噪聲頻譜數(shù)據(jù)。每組數(shù)據(jù)各不相同，但是發(fā)現(xiàn)了共同的變化趨勢(shì)。由于電機(jī)噪聲和離心泵機(jī)械噪聲在這里忽略不計(jì)，因此從離心泵流噪聲的角度來(lái)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

4.1 小流量工況

泵組的空氣噪聲A 計(jì)權(quán)聲壓級(jí)，第1 次測(cè)試為較優(yōu)水平，比常規(guī)產(chǎn)品低3 dB 以上。第2 次測(cè)試比第1 次高出2 dB。第3 次測(cè)試最好，比第1 次低2 dB。總體噪聲水平第2 次最高，第3 次最低，與泵組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相符合。在全部5 個(gè)測(cè)點(diǎn)中，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析，在泵的出口方向測(cè)點(diǎn)3 的聲壓級(jí)最高，與之相對(duì)在泵的出口背后測(cè)點(diǎn)1 的聲壓級(jí)最低，相差2 個(gè)多分貝?？梢钥闯鲈肼曒椛涞闹饕较?yàn)楸玫某隹凇?/p>

泵組的空氣噪聲1/3 倍頻程頻帶聲壓級(jí)，3 次測(cè)試的頻譜圖變化趨勢(shì)基本相同，可以歸納為三峰兩谷（見(jiàn)圖4）。將3 次測(cè)試的聲壓級(jí)平均值繪成1 條曲線，則空氣噪聲1/3 倍頻程頻帶聲壓級(jí)的變化趨勢(shì)，更加清晰明朗（見(jiàn)圖5）。

圖 4 1/3 Oct 頻帶聲壓級(jí)頻譜圖Fig. 4 1/3 Oct band sound pressure level spectrum

圖 5 1/3 Oct 頻帶聲壓級(jí)均值頻譜圖Fig. 5 1/3 Oct band sound pressure level average spectrum

第1 個(gè)波峰的頻率為50 Hz，為泵組的軸頻，與振動(dòng)的頻譜圖高度吻合，同為第1 個(gè)波峰。主要是由于轉(zhuǎn)子的幾何中心與質(zhì)量中心不一致引起的噪聲，與泵轉(zhuǎn)子和電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)。離心泵轉(zhuǎn)子軸系的不平衡，在制造及運(yùn)行過(guò)程中需要高度重視。蔣勁等[19]指出，轉(zhuǎn)子不平衡包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量偏心，以及運(yùn)行中轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)的缺損或變形造成新的質(zhì)量偏心。陳炯等[20]通過(guò)頻譜分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的軸頻較為突出，指出要重視整機(jī)軸系的動(dòng)平衡。第1 個(gè)波谷的頻率為100 Hz，恰好是交流電頻率的2 倍，為電磁噪聲和裝配不對(duì)中導(dǎo)致零件碰擦引起的摩擦噪聲，其幅值較小，一方面是電機(jī)軸和泵軸的對(duì)中非常好，另一個(gè)方面是電機(jī)采用了水冷結(jié)構(gòu)，噪聲通過(guò)水體衰減較大。

第2 個(gè)波峰的頻率為250 Hz，為泵組首級(jí)葉輪的葉頻（葉頻f=n*Z/60），降低葉輪出口的流速，減小對(duì)導(dǎo)葉的沖擊，可以消減該波峰。泵組次級(jí)葉輪的葉頻為350 Hz，該點(diǎn)處于高位但未形成波峰，噪聲影響沒(méi)有首級(jí)葉頻大。由于多級(jí)離心泵的葉輪在鍵槽加工及轉(zhuǎn)子裝配上，為避免葉輪葉片旋轉(zhuǎn)過(guò)程產(chǎn)生低倍頻激勵(lì)，采取了相鄰葉輪的葉片在圓周方向角度均勻錯(cuò)開(kāi)布置方案，使得多個(gè)次級(jí)葉輪葉頻噪聲的峰值在時(shí)間上并不同步，削弱了其疊加峰值。

第3 個(gè)波峰的頻率為1 250 Hz，則是軸頻、葉輪葉頻、導(dǎo)葉葉頻等多次諧波以及泵組或零部件的固有頻率的疊加，成因比較復(fù)雜。從均值來(lái)看是最高的一個(gè)波峰，而且該波峰的頻率有一定的波動(dòng)性，每次測(cè)試并不固定，第3 次測(cè)試時(shí)是1 000 Hz。第3 個(gè)波峰過(guò)后噪聲頻譜曲線迅速下行，而同時(shí)測(cè)得的機(jī)腳振動(dòng)加速度頻譜曲線，則是繼續(xù)上行，說(shuō)明高頻噪聲在傳播途中迅速衰減。

第2 次測(cè)試的曲線與第1 次對(duì)比，發(fā)現(xiàn)1 000 Hz以上頻率的聲壓級(jí)普遍增加，1 000 Hz 以下的則有升有降。泵組修復(fù)后第3 次測(cè)試的曲線與第2 次測(cè)試對(duì)比，發(fā)現(xiàn)500 Hz 以上頻率的聲壓級(jí)普遍降低，500 Hz以下的則有升有降。說(shuō)明高頻噪聲在泵組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損后會(huì)增大，主要原因在于磨損后主要零件的配合間隙增大。

第3 次測(cè)試是在泵組修復(fù)后進(jìn)行的，測(cè)試的曲線與第1 次測(cè)試對(duì)比，同樣也發(fā)現(xiàn)500 Hz 以上頻率的聲壓級(jí)普遍降低。泵組修復(fù)后主要零件的配合間隙減小，還原到了初始狀態(tài)。但葉輪和泵體的流道，經(jīng)過(guò)含泥沙水1 個(gè)多月的沖刷磨損后，表面粗糙度降低，說(shuō)明高頻噪聲降低與泵組的流道表面粗糙度降低密切關(guān)聯(lián)。李環(huán)等[21對(duì)表面粗糙度做了詳細(xì)的研究，表面粗糙度降低則高頻噪聲隨之降低，表面粗糙度噪聲在高頻水動(dòng)力噪聲中占重要地位?？傮w說(shuō)來(lái)，泵組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行磨損后，因配合間隙增大噪聲會(huì)增大。經(jīng)修復(fù)還原配合間隙后，因流道表面粗糙度降低噪聲又會(huì)降低，甚至低于第1 次出廠時(shí)的狀態(tài)。

4.2 額定流量工況

以上的頻譜圖及數(shù)據(jù)分析，是基于運(yùn)行流量為額定流量0.5 倍的小流量工況下做出的。在運(yùn)行流量為額定流量的工況下，得到的結(jié)論也是相似的。3 個(gè)典型波峰的頻率依舊分別是50 Hz，250 Hz，1 250 Hz，只是幅度有所降低。頻率1 250 Hz 的噪聲聲壓級(jí)基本沒(méi)有變化，軸頻50 Hz 的噪聲聲壓級(jí)降低了約2 個(gè)分貝，葉頻250 Hz 的噪聲聲壓級(jí)降低了最多，約4 個(gè)分貝（見(jiàn)圖6），工況1 表示0.5 倍的額定流量下的小流量工況，工況2 表示額定流量工況。

圖 6 1/3 Oct 頻帶聲壓級(jí)均值對(duì)比頻譜圖Fig. 6 1/3 Oct band average sound pressure level comparison spectrum

在額定流量工況下，泵組的效率最高，噪聲要低于小流量工況。在小流量工況或大流量工況下，葉輪出口的水流與導(dǎo)葉或者隔舌間的沖擊損失很大，并且在流道內(nèi)會(huì)形成有害渦流，使葉頻及其諧波分量有所增加，造成了較大的振動(dòng)和噪聲。另外大流量工況下由于流速增加，還會(huì)加大湍流噪聲。趙威等[22]通過(guò)研究得出，離心泵在流量小于額定工況時(shí)，偏離額定工況越大，噪聲越大。在孫霖等[23]的研究中，也印證了該現(xiàn)象。在同一轉(zhuǎn)速下，設(shè)計(jì)工況的噪聲水平低于非設(shè)計(jì)工況，非設(shè)計(jì)工況下的較強(qiáng)的壓力脈動(dòng)和不穩(wěn)定流動(dòng)加劇了噪聲水平。

海爾曼[24]（Dieter-Heinz Hellmann）在其專著《離心泵大全》中指出，在無(wú)空化狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，離心泵有10-9～10-6的功率需求量被轉(zhuǎn)化成噪聲級(jí)。噪聲類型包括固體聲、液體聲和空氣聲。不論是處于節(jié)能，還是處于減振降噪等原因，都應(yīng)使水泵經(jīng)常在最佳效率工況點(diǎn)下運(yùn)行，這樣，額定轉(zhuǎn)速下的噪聲輻射程度最小。

5 噪聲特性

從電機(jī)軸端輸出的能量主要用于流體的輸送，較少部分轉(zhuǎn)化為熱能，極少部分以振動(dòng)噪聲等形式向外輻射傳播。通常效率高的離心泵，振動(dòng)和噪聲都會(huì)相對(duì)比較小，其水力設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造裝配等都會(huì)處于較優(yōu)的水平。但振動(dòng)和噪聲相對(duì)較小的離心泵，其效率不一定高。例如采用切割葉輪增大葉輪和蝸殼隔舌之間間隙的離心泵，通過(guò)犧牲效率來(lái)減振降噪，以及采用阻尼機(jī)架及隔振吸音材料的離心泵，其測(cè)得的振動(dòng)和噪聲會(huì)比較小，但效率則是高低參差不齊。

在離心泵的研究領(lǐng)域。噪聲振動(dòng)和效率是2 個(gè)獨(dú)立的研究課題，但彼此又存在交集。噪聲源于振動(dòng)，振動(dòng)源于力的作用，都隨著時(shí)間的變化而變化，不停地向四周擴(kuò)散，體現(xiàn)了能量的傳遞與轉(zhuǎn)化。正如效率與汽蝕難以兼顧一樣，效率與噪聲也難以兼顧，必要時(shí)犧牲效率來(lái)降低噪聲。

多級(jí)離心泵的流噪聲來(lái)源主要有三點(diǎn)：一是隔舌部位，末級(jí)葉輪出水對(duì)壓水室隔舌部位的沖擊引起，也是最大的噪聲源。受葉輪出口射流尾跡流動(dòng)和葉片與隔舌動(dòng)靜干涉作用的雙重影響，在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，其內(nèi)部流動(dòng)很不均勻。二是導(dǎo)葉的進(jìn)口邊部位，首級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪出水對(duì)導(dǎo)葉進(jìn)口邊的沖擊引起。三是密封環(huán)及平衡鼓間隙部位，由高壓水流的回流擴(kuò)散引起。

水流的速度及壓力急劇變化的部位，最容易產(chǎn)生脫流、漩渦、汽蝕等復(fù)雜流態(tài)，最容易誘發(fā)振動(dòng)引起噪聲。轉(zhuǎn)子不平衡或與電機(jī)軸心線不對(duì)中，以及運(yùn)行時(shí)偏額定工況產(chǎn)生的較大徑向力，都會(huì)引起軸心線彎曲偏移，加大上述噪聲。另外軸承和機(jī)封的磨損以及連接螺栓和鍵銷等松動(dòng)，也會(huì)誘導(dǎo)間隙振動(dòng)引起高頻噪聲。

噪聲在傳播的過(guò)程中，受流體不均勻分布和邊界的影響和制約，存在反射、折射和干涉等現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生聲線彎曲、信號(hào)起伏和畸變，并且高頻噪聲易被流體吸收。噪聲源及傳播路徑存在多樣化，某一時(shí)刻測(cè)量的噪聲值實(shí)際上來(lái)自多個(gè)相近時(shí)刻的噪聲源。一部分噪聲是通過(guò)泵殼體向空氣中傳播，另一部分是先通過(guò)水流傳播，再通過(guò)管壁及閥門等向空氣中傳播。在金屬殼體中、水中及空氣中的聲速各不相同，并且差異很大。另外部分噪聲由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生，噪聲源在高速運(yùn)動(dòng)中，傳播時(shí)可能產(chǎn)生多普勒頻移現(xiàn)象。

6 主動(dòng)降噪措施

降低離心泵組的噪聲水平，對(duì)于保障戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能增強(qiáng)戰(zhàn)斗力，提高艦船的聲隱身能力，及改善工作環(huán)境具有重要的作用。在離心泵主動(dòng)降噪方面，有如下幾點(diǎn)改進(jìn)措施：

1）應(yīng)用雙流道蝸殼或帶導(dǎo)葉擴(kuò)散體，減小泵的徑向力，減輕軸承的磨損；

2）提高轉(zhuǎn)子部件的剛度及動(dòng)平衡精度、提高電機(jī)軸和泵軸的對(duì)中精度；

3）提高零件加工精度減小裝配間隙、盡可能降低流道表面的粗糙度；

4）選擇合理的葉輪與導(dǎo)葉進(jìn)口邊或與蝸殼隔舌的間隙、合理的密封環(huán)間隙；

5）提高螺栓連接及鍵銷連接的裝配精度、控制螺栓連結(jié)的預(yù)緊力矩；

6）優(yōu)化電機(jī)的電磁方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確保磁力中心線與機(jī)械中心線重合；

7）選用優(yōu)質(zhì)的低噪聲軸承、采用變頻調(diào)速電機(jī)及水冷方案；

8）避免泵組出現(xiàn)共振誘發(fā)噪聲，最好的解決方法是改變固有頻率[25]，調(diào)整泵組質(zhì)量或機(jī)架剛度，使泵組及其零部件的固有頻率與振動(dòng)源的頻率錯(cuò)開(kāi)；

9）運(yùn)行時(shí)優(yōu)先選擇額定轉(zhuǎn)速和流量下的高效工況點(diǎn)等。

7 結(jié) 語(yǔ)

本文回顧了國(guó)內(nèi)外離心泵噪聲特性研究的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)，總結(jié)了離心泵的噪聲特性及來(lái)源，并提出了具體的降噪措施。探索聲振，動(dòng)中求靜。離心泵噪聲振動(dòng)是泵行業(yè)的研究熱點(diǎn)和前沿，并且將持續(xù)發(fā)展。

在多次測(cè)試多級(jí)離心泵的噪聲特性基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)噪聲輻射的主要方向?yàn)楸玫某隹?，最大噪聲源在于壓水室隔舌部位。分析了某型?hào)多級(jí)離心泵聲壓級(jí)在各種頻率下的變化趨勢(shì)。典型特征是在頻譜圖上出現(xiàn)了3 個(gè)較大的波峰，對(duì)應(yīng)的噪聲頻率是軸頻、葉頻等多種特征頻率的疊加。在額定流量工況下，泵組的噪聲要低于小流量工況，主要是葉頻噪聲降低較多。高頻噪聲在泵組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，隨著因磨損密封間隙的增大而增大，導(dǎo)致泵組的總體噪聲增大。