除了对叶轮与叶片本身的几何形状、尺寸与非定常表面压力进行研究外,叶轮与叶片通过频率及其高次谐波下离心泵的噪声特性也是近年来研究的重点。早在1963年Strub的研究就表明液体叶轮机械外部的共振与叶片通过频率相关;Rzentkowski进一步设计了检验泵在叶片通过频率下的声学特性的试验方法,该方法分为共振影响评估与测试信号的分解两个步骤,分解出来的信号包括了与泵的转动相关的声信号以及泵体模特引起的声信号,而Langthjem、Jiang等人也在他们的研究中运用频谱分析进行了类似的研究。
1.2流体动力影响离心泵噪声的研究
与机械结构产生的噪声相比,离心泵内部流体产生噪声的机理更加复杂,所涉及的频率范围更广泛。对于一个结构设计较好的离心泵来说,流体动力噪声在离心泵的噪声等级评定中起着决定性作用。而其中汽蚀、流体与固体边界的耦合诱发的噪声更是离心泵噪声的主要贡献因素。汽蚀产生的是间歇性爆裂冲击噪声,流体与固体边界耦合诱发的噪声主要是与叶轮通过频率及高次谐波具有相同频率的离散噪声,而湍流产生的是比汽蚀与流固耦合噪声频带更宽的噪声。其中,流动分离与失稳现象既会形成流固耦合噪声,也会形成湍流噪声。水锤效应是指管路中阀门突然闭开或泵起停时产生的流体压力冲击,Steve曾指出,由水锤产生的噪声也应属于间隙性冲击噪声,国外有相关学者也对水锤引起的离心泵和管道中流场变化进行了研究。水锤效应显然会诱发流体动力性噪声,但还未查到关于水锤诱发噪声的论述。因而,下面将主要对汽蚀诱发噪声、流固耦合诱发噪声与湍流噪声的研究进行总结。
1.2.1汽蚀诱发噪声的研究
泵的汽蚀是指流体在泵内流动时,部分区域的流动速度增加,从而导致流体压力降低并引起流体的汽化,汽化所得到的气泡随液体质点运动,当这些气泡进入压力较高的区域时,就会爆裂产生噪声并对过流部件产生侵蚀。泵的汽蚀与吸入压力有极大的关系。对于离心泵汽蚀噪声的研究也经历了半个世纪。泵的汽蚀噪声一般发生在大流量工作状态,如果噪声是由汽蚀造成的,当关小进出口阀门减小流体流量时,泵的噪声会明显减小;如果关闭阀门以后,噪声还是没有变化,就有可能是流体中本身夹带着空气。现阶段探测汽蚀的方法有汽蚀余量法、可视化流场法、涂层腐蚀测试、流场静压测试法、气泡爆裂处安装传感器的方法、声压测量法等。汽蚀噪声是一个宽频噪声,但其主要频段是高频段,因而很多以前的研究在测量汽蚀噪声的声压时,都会测量频率高达1MHz的信号并且滤除10kHz以下的信号,对可听阈汽蚀噪声的研究只有最近几年才涉及,他们所作的研究都是通过噪声对汽蚀出现进行监控和诊断。
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