泵-管路系统振动噪声特性试验研究.pdf
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1、127中 国 设 备 工 程C h i n a P l a n tE n g i n e e r i n g中国设备工程 2023.09(上)1 前言由离心泵和管路组成的泵-管路系统广泛应用于船舶均衡系统中,当船舶的横倾、纵倾和浮力均衡受到破坏需要调整时,控制器控制不同的水泵、阀组的启闭,通过连接不同水舱的管路实现水舱之间水的调运,从而产生与破坏船舶均衡状态相反的均衡力矩,实现对船舶的横倾均衡、纵倾均衡和浮力均衡的控制。离心泵在运行过程中会产生振动噪声,按照产生的机理可以分为机械振动噪声和流体动力学振动噪声,离心泵产生的振动噪声一方面通过外部的接连部件直接传递至输水管路上,另一方面通过内部的流
2、体传递至输水管路并与管路进一步耦合产生复杂的流固耦合振动。离心泵和管路的振动噪声严重影响了船舶舱室的工作环境,同时也加速了其他设备的老化,甚至造成了故障的产生,对于离心泵及其管路系统的减振降噪研究具有重要意义。离心泵作为振动噪声的重要激励源,对于离心泵的振动噪声特性及减振降噪技术研究较多,但对离心泵及其管路组成的泵-管路系统的振动噪声研究相对较少,本文通过搭建离心泵管路系统试验台架,开展泵-管路系统振动噪声特性试验研究。2 试验台架及试验方法为研究船舶泵-管路系统振动特性,设计了含离心泵、阀、管路及附属部件的试验台架,其布置情况如图1 所示。试验台架采用双层隔振设计,离心泵与上层台架之间为 B
3、E-40 型隔振器,管道下方为弹簧隔振器;上层台架与下层台架之间为 BE-60 型隔振器。台架所用管路材料均为 20 钢,弯管半径为 200mm,管材内径均为40mm,壁厚 3.9mm。离心泵主要参数如表 1 所示。2.1 测试系统试验所用 DASP 数据采集系统是北京东方振动所研制的一款高性能数据采集系统,能够开展振动位移、速度、加速度等信号采集、分析及处理工作。本试验主要采集多路振动加速度信号、脉动压力信号等信号。泵-管路系统振动噪声特性试验研究刘丽滨,张骁,刘峥,杨理华(海军潜艇学院,山东 青岛 266000)摘要:泵-管路系统广泛应用于船舶均衡系统中,为研究不同工况下泵-管路系统振动特
4、性,搭建了离心泵-管路系统的振动测试平台,通过采集不同工况下泵及管路的振动数据,分析了泵激振动、管路压力、辐射噪声与泵转速的关系,以及泵转速、阀门开度对管路振动的影响。试验结果表明,泵激振动、管路压力和辐射空气噪声均随着泵转速增加而增大,对于离心泵组的泵激振动并非在额定转速工况下振动最小,与泵的运行工况密切相关;管路压力在额定转速前已经建立,在保证泵功能性前提下,可根据使用工况适当降低转速实现降低噪声目标;泵转速、阀门开度均对管路振动有较大影响。关键词:离心泵;管路;振动特性;试验研究中图分类号:TB53 文献标识码:A 文章编号:1671-0711(2023)09(上)-0127-032.2
5、 测试方案对于离心泵自身的振动测试试验,主要测量水泵自身振动、管路脉动压力和泵激振动辐射噪声。管路振动测试试验主要测量管路不同测点处的加速度信号,分析泵转速、阀门开度等对管道振动影响。图 2 管路振动测点示意图主要测点布置如图 2 所示,1 7 号传感器为加速度传感器,其中 1、2 号传感器布置于避震喉前后,3、4 号传感器布置于管路入口和出口处,5、6 号传感器布置于台架上层隔振器上面和底座处,7 号传感器布置于台架下层隔振器底座。3 离心泵振动试验结果及分析试验用变频器调节泵的转速,变频器示数为 0 1.离心泵 2.管路 3.挠性软管 4.截止阀 5.避震喉 6.BE-40 型隔振器 7.
6、弹簧隔振器 8.BE-60 型隔振器 9.下层台架 10.水池图 1 试验台架示意图表 1 离心泵性能参数额定流量扬程转速功率11.6m3/h70m2900r/min7.5kW设备9上.indd 1272023/8/30 14:32:34128研究与探索Research and Exploration 工艺流程与应用中国设备工程 2023.09(上)1500,为分析变频器与水泵转速之间的线性度,由于水泵转速低于 500r/min 时管路系统振动噪声较小,所以测量变频器示数 500、700、900、1100、1300、1500r/min时水泵转速,两者关系如图 3 所示。图 3 变频器与水泵转速
7、由图 3 可知,水泵转速基本与变频器示数之间呈现良好的线性关系(约为变频器示数 2 倍),可以用变频器示数通过线性变换得出水泵转速,后续研究均以变频器示数作为横坐标予以研究。3.1 泵激振动与泵转速的关系根据试验方案,测量不同变频器示数下管路中压力传感器示数,系统进口阀门全开、出口阀门全开,系统采样频率 5kHz。泵激振动变化与水泵转速之间关系如图4 所示。图 4 泵激振动与转速关系由图 4 可以看出,随着开始阶段随着水泵转速增加,循环水泵运转所致泵激振动缓慢增加。在变频器工况500 800,泵激振动增加较为缓慢,800 以后水泵运转所致振动迅速增加,在工况 1200 时约为 800 时泵激振
8、动量 18 倍。此后,随着工况变化,泵激振动有下降趋势。综合考虑泵排量和泵激振动等因素,要使水泵工作在最大排量且引起振动较小,可以让变频器转速为 900(泵经济工况 1779r/min)。3.2 管路压力与泵转速关系测量不同变频器示数条件下管路中压力传感器示数,系统进口阀门全开、出口阀门全开,系统采样频率5K。不同水泵工况下,管路压力与水泵之间转速关系如图 5 所示。由图分析可知,随着开始阶段随着水泵转速增加,水管路中压力迅速上升,待水泵转速大约超过 1000 转以后,压力开始趋于稳定。这说明随着泵转速增加水管路直径中流量已经达到最大值,此后再增大转速已经不能提高管路系统中水的循环速度。因此,
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