對某一單吸離心泵在變轉(zhuǎn)速工況下蝸舌處的壓力波動進行了測量與分析。該離心泵的葉輪為半開式葉輪并具有背葉片，它由原葉輪車削后得到，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，而揚程以二次曲線形式增加。該離心泵蝸舌附近的壓力波動頻譜以葉輪轉(zhuǎn)動頻率整數(shù)倍的離散分量為主，特別是葉片通過頻率及其二次諧波。最大波動分量的幅度占參考動壓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，壓力波動的增加速度比轉(zhuǎn)速提高速度快，且寬頻波動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)動頻率非整數(shù)倍的離散分量，以及與轉(zhuǎn)速無關而取決于流體系統(tǒng)固有振動特性的離散分量。

　　1、引言

　　離心泵在運行的過程中，其內(nèi)部的流動為復雜的三維非定常流動。旋轉(zhuǎn)葉片和靜止部件互相干擾所產(chǎn)生的壓力脈動，是影響泵運行特性的重要因素，它引起系統(tǒng)及設備的振動及噪聲，嚴重時甚至造成系統(tǒng)設備的破壞。對于單個葉輪的離心泵，因為蝸殼型線中蝸舌離葉輪出口最近，所以兩者之間的動靜干涉在蝸舌區(qū)最為嚴重。因此，蝸舌部位通常是離心泵內(nèi)誘發(fā)振動噪聲的主要激勵源，是泵噪聲的研究熱點。離心泵內(nèi)部的壓力波動一方面為機殼及管道振動的水動力激勵：它們激勵起結(jié)構(gòu)振動并引發(fā)聲輻射，即流動誘發(fā)振動。相關研究可參考文獻。另一方面，內(nèi)部壓力波動是引發(fā)水動噪聲的偶極子源。隨著計算流體動力學( CFD) 技術的迅速發(fā)展，真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為用數(shù)值模擬的方法來預測偶極子聲源的強度成為了可能，如文獻的研究。

　　要研究離心泵的振動噪聲問題，首先需要對泵內(nèi)的壓力波動有比較清楚的認識。作為離心泵振動噪聲及水動噪聲研究的第一步，本文試圖用試驗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的特點。

　　2、試驗離心泵

　　試驗離心泵型號為Goulds MTX 3196，由美國ITT 公司生產(chǎn)，其葉輪為半開式葉輪如圖1 所示，有5 個主葉和5 個背葉。背葉的主要功用是通過把葉輪背部的流體泵出以降低盤側(cè)的壓力，從而減少蓋側(cè)和盤側(cè)之間的壓差以達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[8]中的推薦值0.10 ～ 0.15。圖2 為該離心泵的螺旋式蝸殼( 又稱壓水室) ，圖中數(shù)字1，2，3代表測量蝸舌附近壓力波動的傳感器所在位置。

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)部壓力波動測量試驗臺如圖3 所示。

圖3 離心泵試驗臺示意

　　試驗時以水為工質(zhì)，離心泵通過管道吸入來自水箱中的水，又通過排水管送回水箱中。離心泵的轉(zhuǎn)速通過變頻器調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速由手持式轉(zhuǎn)速測量儀測得。離心泵的流量Q由流量計測得，出口靜壓由壓力表測得，進口靜壓由U型管測得，動壓由流量以及進出口管直徑換算成流速而得到。泵的揚程H由進出口總壓之差得到，離心泵的輸入功率P由電機的輸入電壓、電流以及電機效率相乘得到。泵效率的計算式為：

　　微型壓力傳感器由蝸殼外部伸入并與蝸殼內(nèi)壁平齊，以探測蝸舌附近壁面的壓力波動。傳感器產(chǎn)生的模擬電信號通過電纜輸送到采集卡并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再輸送到計算機中存儲。試驗時，采樣頻率設為20kHz，采樣時間為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 倍葉片通過頻率之內(nèi)。壓力波動的最大幅度約為參考動壓頭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，壓力波動幅度的增強速度大于轉(zhuǎn)速提高速度；

　　(4) 壓力波動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。測量系統(tǒng)內(nèi)的流體作為一個振動系統(tǒng)，會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速無關的響應頻譜分量。