對(duì)某一單吸離心泵在變轉(zhuǎn)速工況下蝸舌處的壓力波動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量與分析。該離心泵的葉輪為半開(kāi)式葉輪并具有背葉片，它由原葉輪車(chē)削后得到，從而使得葉輪出口離蝸舌距離較大。結(jié)果顯示：隨著轉(zhuǎn)速的提高，離心泵的流量及效率線性增大，而揚(yáng)程以二次曲線形式增加。該離心泵蝸舌附近的壓力波動(dòng)頻譜以葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率整數(shù)倍的離散分量為主，特別是葉片通過(guò)頻率及其二次諧波。最大波動(dòng)分量的幅度占參考動(dòng)壓ρv22/2(v2為葉輪出口周向速度) 的0.5% 左右。隨著轉(zhuǎn)速的增大，壓力波動(dòng)的增加速度比轉(zhuǎn)速提高速度快，且寬頻波動(dòng)幅度的提高比離散分量顯著。另外，頻譜分量中存在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率非整數(shù)倍的離散分量，以及與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)而取決于流體系統(tǒng)固有振動(dòng)特性的離散分量。

　　1、引言

　　離心泵在運(yùn)行的過(guò)程中，其內(nèi)部的流動(dòng)為復(fù)雜的三維非定常流動(dòng)。旋轉(zhuǎn)葉片和靜止部件互相干擾所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)，是影響泵運(yùn)行特性的重要因素，它引起系統(tǒng)及設(shè)備的振動(dòng)及噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至造成系統(tǒng)設(shè)備的破壞。對(duì)于單個(gè)葉輪的離心泵，因?yàn)槲仛ば途�中蝸舌離葉輪出口最近，所以?xún)烧咧�間的動(dòng)靜干涉在蝸舌區(qū)最為嚴(yán)重。因此，蝸舌部位通常是離心泵內(nèi)誘發(fā)振動(dòng)噪聲的主要激勵(lì)源，是泵噪聲的研究熱點(diǎn)。離心泵內(nèi)部的壓力波動(dòng)一方面為機(jī)殼及管道振動(dòng)的水動(dòng)力激勵(lì)：它們激勵(lì)起結(jié)構(gòu)振動(dòng)并引發(fā)聲輻射，即流動(dòng)誘發(fā)振動(dòng)。相關(guān)研究可參考文獻(xiàn)。另一方面，內(nèi)部壓力波動(dòng)是引發(fā)水動(dòng)噪聲的偶極子源。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)( CFD) 技術(shù)的迅速發(fā)展，真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為用數(shù)值模擬的方法來(lái)預(yù)測(cè)偶極子聲源的強(qiáng)度成為了可能，如文獻(xiàn)的研究。

　　要研究離心泵的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，首先需要對(duì)泵內(nèi)的壓力波動(dòng)有比較清楚的認(rèn)識(shí)。作為離心泵振動(dòng)噪聲及水動(dòng)噪聲研究的第一步，本文試圖用試驗(yàn)方法研究某一離心泵在變轉(zhuǎn)速工況下蝸舌附近壓力波動(dòng)的特點(diǎn)。

　　2、試驗(yàn)離心泵

　　試驗(yàn)離心泵型號(hào)為Goulds MTX 3196，由美國(guó)ITT 公司生產(chǎn)，其葉輪為半開(kāi)式葉輪如圖1 所示，有5 個(gè)主葉和5 個(gè)背葉。背葉的主要功用是通過(guò)把葉輪背部的流體泵出以降低盤(pán)側(cè)的壓力，從而減少蓋側(cè)和盤(pán)側(cè)之間的壓差以達(dá)到減少葉輪的軸向推力的目的。葉輪的外徑d2 = 0. 195m，它由原始葉輪( 外徑0.254m) 切削后而得到，使得蝸舌間隙與葉輪外徑之比為0.347，大于文獻(xiàn)[8]中的推薦值0.10 ～ 0.15。圖2 為該離心泵的螺旋式蝸殼( 又稱(chēng)壓水室) ，圖中數(shù)字1，2，3代表測(cè)量蝸舌附近壓力波動(dòng)的傳感器所在位置。

圖1 葉輪正面及背面

圖2 蝸殼( 壓水室)

　　離心泵的性能及內(nèi)部壓力波動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)臺(tái)如圖3 所示。

圖3 離心泵試驗(yàn)臺(tái)示意

　　試驗(yàn)時(shí)以水為工質(zhì)，離心泵通過(guò)管道吸入來(lái)自水箱中的水，又通過(guò)排水管送回水箱中。離心泵的轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速由手持式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)得。離心泵的流量Q由流量計(jì)測(cè)得，出口靜壓由壓力表測(cè)得，進(jìn)口靜壓由U型管測(cè)得，動(dòng)壓由流量以及進(jìn)出口管直徑換算成流速而得到。泵的揚(yáng)程H由進(jìn)出口總壓之差得到，離心泵的輸入功率P由電機(jī)的輸入電壓、電流以及電機(jī)效率相乘得到。泵效率的計(jì)算式為：

　　微型壓力傳感器由蝸殼外部伸入并與蝸殼內(nèi)壁平齊，以探測(cè)蝸舌附近壁面的壓力波動(dòng)。傳感器產(chǎn)生的模擬電信號(hào)通過(guò)電纜輸送到采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再輸送到計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)。試驗(yàn)時(shí)，采樣頻率設(shè)為20kHz，采樣時(shí)間為10s。

　　4、結(jié)論

　　(1) 離心泵的流量及效率隨著轉(zhuǎn)速的提高而線性增大，而壓頭則以二次曲線的形式增加；

　　(2) 該離心泵蝸舌附近的壓力波動(dòng)以離散分量為主，且主要頻率分量分布在低于4 倍葉片通過(guò)頻率之內(nèi)。壓力波動(dòng)的最大幅度約為參考動(dòng)壓頭ρv22/2(v2為葉輪出口周向速度) 的0.5%左右；

　　(3) 隨著轉(zhuǎn)速的提高，寬頻分量的提高幅度大于離散分量。定量分析表明，壓力波動(dòng)幅度的增強(qiáng)速度大于轉(zhuǎn)速提高速度；

　　(4) 壓力波動(dòng)頻譜圖中存在非旋轉(zhuǎn)頻率整數(shù)倍的分量，這可能歸因于主葉與背葉的相互干涉。測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的流體作為一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的響應(yīng)頻譜分量。