船用離心泵應(yīng)該如何減振降噪

隨著造船業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)船用離心泵運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性要求越來越高，為改善船員的工作環(huán)境，保證船員的身心健康，降低由于泵運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲，保證泵設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性已成今后船用泵發(fā)展的方向。本文對(duì)某型遠(yuǎn)洋貨輪上的船用離心泵進(jìn)行減振降噪分析研究，并通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

船用離心泵應(yīng)該如何減振降噪？

2改造對(duì)象簡(jiǎn)介船用離心泵主要用于從舷外吸入海水，增壓后經(jīng)系統(tǒng)管路送至各用水設(shè)備或用水處，完成預(yù)定功能后排出舷外。原設(shè)計(jì)參數(shù)為流量Q矣85dB，該泵為單殼體泵，泵與電機(jī)采用剛性聯(lián)接，由電機(jī)承擔(dān)軸向推力。其結(jié)構(gòu)如所示。

3離心泵存在振動(dòng)噪聲的原因分析船用離心泵是種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，運(yùn)行時(shí)會(huì)因機(jī)械和流體動(dòng)力學(xué)兩方面原因產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。其振動(dòng)與噪聲部分來自泵殼內(nèi)部，本質(zhì)上與泵內(nèi)流體的水力脈動(dòng)直接相關(guān)，另一部分與泵直接相關(guān)，即與泵本身的制造、安裝和使用等有關(guān)。具體分為以下幾個(gè)方面：設(shè)計(jì)欠佳引起的振動(dòng)噪聲內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致泵內(nèi)部流場(chǎng)分布不均，局部區(qū)域存在壓力脈動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致泵產(chǎn)生振動(dòng)噪聲;若設(shè)計(jì)上對(duì)泵剛性、基礎(chǔ)板剛度等考慮不全面，泵臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算存在誤差等，也都會(huì)使泵產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

制造質(zhì)量不高引起的振動(dòng)噪聲船用離心泵若在制造中出現(xiàn)回轉(zhuǎn)部件的同軸度很差、泵葉輪質(zhì)量分布不均，葉片厚度不均，或者葉輪前后蓋板有局部區(qū)域厚度分布不致等情況出現(xiàn)，會(huì)使得轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)使整個(gè)泵組產(chǎn)生周期性激振力，使泵體產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲;葉輪各葉片的空間形狀不一致，每個(gè)葉片在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的揚(yáng)程不同，從而產(chǎn)生水力的不平衡而導(dǎo)致振動(dòng)加劇，也會(huì)使泵產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

泵安裝時(shí)底座未找平找正基準(zhǔn)面、泵軸和電機(jī)軸未達(dá)到同軸度要求，管道配置的不合理、管道產(chǎn)生應(yīng)力變形、基礎(chǔ)螺栓不夠牢固、隔振裝置或元器件的設(shè)計(jì)、選用安裝方式布置不當(dāng)或存在質(zhì)量問題等也會(huì)造成泵產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。當(dāng)離心泵的固定頻率與某些不平衡力等激振力頻率相重合時(shí)，就有可能產(chǎn)生共振，從而使泵組振動(dòng)噪聲更加劇烈。

使用不當(dāng)引起運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)泵在非推薦工況下運(yùn)行，且有時(shí)偏離設(shè)計(jì)工況太大，產(chǎn)生較大的徑向力，使泵轉(zhuǎn)子受力偏移，或者泵體受拉或受壓的外力過大使之產(chǎn)生變形，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，離心泵在偏離設(shè)計(jì)工況60%-70%左右的小流量運(yùn)行時(shí)，有產(chǎn)生所謂“喘振”的可能;若泵運(yùn)行狀態(tài)檢查不嚴(yán)、外界振動(dòng)傳入等也會(huì)引起泵振動(dòng)噪聲。

4改進(jìn)措施從以上幾點(diǎn)出發(fā)來研究減振降噪的措施，并對(duì)船用離心泵設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。

4.1設(shè)計(jì)改進(jìn)將泵與電機(jī)由剛性聯(lián)接改為彈性聯(lián)接;改變泵殼結(jié)構(gòu)，將泵體由單殼體設(shè)計(jì)為雙殼體，并增加泵殼強(qiáng)度，減小徑向力;提高泵加工裝配精度，如：提高零件之間的配合精度，將水泵葉輪、轉(zhuǎn)子部件及電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡精度等級(jí)由G6.3級(jí)提高到G2.5級(jí);改變泵腳板加強(qiáng)筋位置并增加數(shù)量，在泵進(jìn)口設(shè)置加強(qiáng)筋;電機(jī)支座由焊接件改為鑄件，以增加吸振能力;合理地布置軸承，保證彈性聯(lián)接后泵本身軸承承受軸向力。改進(jìn)后泵的結(jié)構(gòu)如所示。

工藝中采用些新的設(shè)備和工藝方法：泵軸的車削加工由原普通臥車加工改為數(shù)控臥車加工;支座的車削加工由普通立車加工改為數(shù)控立車加工，同時(shí)，在支座粗、精加工之間增加一次退火熱處理，以更好地消除鑄鋼件在加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，保證加工尺寸的穩(wěn)定性。

為保證葉輪與軸配合的內(nèi)孔尺寸由7級(jí)精度提高到6級(jí)，工藝上由原來的車削加工改為磨削加工;另外，葉輪前、后蓋板上各弧面的車削加工也由原普通臥車加工改為數(shù)控臥車加工。

為保證葉輪及轉(zhuǎn)子部件動(dòng)平衡精度由原G6. 3級(jí)提高到G2.5級(jí)，采用高精度動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡，其最小可達(dá)剩余不平衡量(Umar)為0.1gmm/kg，并編制相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)此關(guān)鍵過程的質(zhì)量進(jìn)行控制。為更好地保證轉(zhuǎn)子不平衡量得到控制，設(shè)計(jì)專用工裝，即葉輪靜平衡及動(dòng)平衡心軸，以先行控制葉輪的不平衡量，再進(jìn)行整個(gè)轉(zhuǎn)子部件動(dòng)平衡試驗(yàn)。

針對(duì)泵體、泵蓋等承壓零件的水壓試驗(yàn)，編制水壓試驗(yàn)作業(yè)指導(dǎo)書，對(duì)其過程質(zhì)量加以控制。在零件粗加工后，即先進(jìn)行一次水壓試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)有冒汗、滲漏等小缺陷，采用補(bǔ)焊、浸滲等方式進(jìn)行修復(fù)，待零件精加工完后再進(jìn)行一次水壓試驗(yàn)。

針對(duì)泵的裝配精度要求的提高，制定合理的裝配工藝，特別是為控制葉輪口環(huán)位對(duì)泵體的跳動(dòng)，因泵體裝上后無法再打表檢查葉輪口環(huán)位的跳動(dòng)，設(shè)計(jì)專用壓蓋代替泵體止口定位。此外，在裝配過程中，還對(duì)以下工序進(jìn)行重點(diǎn)檢查：電機(jī)軸外圓對(duì)電機(jī)法蘭端面的跳動(dòng)、泵軸外圓對(duì)支座止口的跳動(dòng)、軸承壓蓋與軸承端面間的間隙，以保證泵與電機(jī)同軸度滿足要求。

4.3鑄造工藝改進(jìn)對(duì)影響泵水力性能的2個(gè)關(guān)鍵零件：泵體與葉輪的鑄造工藝加以改進(jìn)。

將泵體由單殼體改為雙殼體后，泵體由分水肋將流道分成兩部分，由于分水肋是扭曲形狀，而整個(gè)泵體體積較小，這無疑增加了鑄造難度。因此，設(shè)計(jì)芯骨工裝，將流道砂芯分別打制，由芯骨相聯(lián)結(jié)，將流道砂芯形成個(gè)整體，從而保證流道的完整性和符合性。模具設(shè)計(jì)采用金屬模具結(jié)合塑料脫膽結(jié)構(gòu)，保證鑄件壁厚的均勻;鑄造采用周身冷鐵，樹脂砂造型、制芯，相當(dāng)于金屬型鑄造，提高鑄件本體組織的致密性，滿足承壓要求。

將木模改為塑膠模，盡量減小由于模具鑄造過程中變形對(duì)泵性能的影響;在模具制作時(shí)，嚴(yán)格按圖樣的尺寸和技術(shù)要求制作葉片和流道各截面的樣板，并用樣板進(jìn)行檢驗(yàn)各截面尺寸。由于在鑄造過程中存在著諸多不穩(wěn)定的因素，鑄造的葉輪與設(shè)計(jì)存在定的偏差，采用三維坐標(biāo)儀對(duì)鑄造的葉輪與設(shè)計(jì)的葉輪進(jìn)行測(cè)量對(duì)比，指導(dǎo)葉輪鑄造和模具的修改。同時(shí)對(duì)鑄造出的葉輪采取優(yōu)中選優(yōu)的原則，選出盡量滿足設(shè)計(jì)要求并與設(shè)計(jì)非常相吻合的葉輪用于泵的裝配，以此排除由于葉輪的制造誤差對(duì)泵性能的影響。

5改進(jìn)效果對(duì)設(shè)計(jì)改進(jìn)后的泵進(jìn)行流場(chǎng)模擬與底板模態(tài)分析，并對(duì)改進(jìn)后的泵進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)試。

改進(jìn)前泵內(nèi)總壓分布布，從中可以看出泵體采用雙殼體后，大大降低流場(chǎng)的非軸對(duì)稱性分布，從而降低徑向壓力，減小整個(gè)泵的振動(dòng)。

表1示出原焊接底板及改進(jìn)后的鑄造底座模態(tài)前十階頻率，整個(gè)水泵系統(tǒng)中，泵的轉(zhuǎn)動(dòng)軸頻約在50Hz處，泵的葉頻約在300Hz處，通過比較可知，鑄造底座比焊接底座具有更高的各階固有頻率，其影響較大的第一、二、三階固有頻率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水泵葉頻，不易發(fā)生共振，因此采用鑄造底座更有利于減振降噪。

表1改進(jìn)前后底板固有頻率對(duì)比Hz固有頻率焊接底座鑄造底座-階二階三階四階五階六階七階八階九階十階表2示出改進(jìn)后泵在額定工況下運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪聲指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果，由表可知：實(shí)測(cè)的所有指標(biāo)均低于要求值，改進(jìn)效果明顯。

表2改進(jìn)后振動(dòng)噪聲實(shí)測(cè)值與要求值對(duì)比表項(xiàng)目機(jī)腳振動(dòng)振機(jī)身振動(dòng)空氣噪聲級(jí)指標(biāo)(dB)指標(biāo)(dB)要求值實(shí)測(cè)值6結(jié)語從離心泵產(chǎn)生振動(dòng)噪聲的因素出發(fā)，對(duì)某型船用離心泵進(jìn)行了設(shè)計(jì)、制造改進(jìn)，對(duì)改進(jìn)后泵進(jìn)行流場(chǎng)模擬與底板模態(tài)分析，并對(duì)泵運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)噪聲進(jìn)行測(cè)試，最終試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后泵的振動(dòng)噪聲指標(biāo)滿足要求。由此可知，將泵與電機(jī)由剛性聯(lián)接改為彈性聯(lián)接，對(duì)泵體進(jìn)行改型設(shè)計(jì)以使得泵內(nèi)流動(dòng)更加順暢，提高泵加工裝配精度，改變泵腳板加強(qiáng)筋位置并增加數(shù)量，泵進(jìn)口設(shè)置加強(qiáng)筋，將電機(jī)支座由焊接件改為鑄件，合理地布置軸承以保證彈性聯(lián)接后泵本身軸承承受軸向力，這些改進(jìn)措施可以有效地降低船用離心泵的振動(dòng)噪聲。