叶片数对离心泵振动噪声性能的影响
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目前，国内外对离心泵振动噪声的研究主要集中在理 论[9-10]和试验研究[11-13]方面。近几十年来，基于声学分析 的计算流体动力学已取得了一些进展。研究提出了根据 CFD 数值计算[14-15]的方法或者离散涡法[16-17]来预测声源的 方法，然后采用边界元法（boundary element method，BEM） 完成声辐射计算[15,18-19]。Kato 等[20]提出了一种离心泵外表 面噪声预测的流体和结构分析的单向耦合模拟方法。基于 大涡模拟（large eddy simulation，LES）进行内流计算，后 运用有限元法计算压力脉动，最终与测量结果进行对比， 研究发现该方法下叶频对应的预测振动噪声和实测吻合 较好。针对流体与结构网格的传输，Jiang 等[21]开发了一种
0 引 言
离心泵是通过叶轮旋转来驱动流体的机械，广泛应用 于各种工业和民用领域[1]。泵在运行过程中产生的振动和 噪声，不仅对设备的使用寿命和系统性能有很大影响[2]， 而且还会破坏工作环境，影响人的身心健康。随着经济 和社会的发展，对泵的振动和噪声的要求越来越高[3-5]。 因此，降低泵振动和噪声水平了成为研究热点[6-8]。
本文考虑叶轮和蜗壳间泄漏的影响后，建立了分析 离心泵振动和噪声的预测模型，研究了叶片数对流体激 励下引起的泵壳振动辐射噪声的影响，研究结果能够为 离心泵减振降噪设计提供一定的参考。
提高了 13.5%。随着叶片数的增加，扬程和轴功率均逐渐增大，最大增幅分别为 15.9%和 14.1%；效率随叶片数的增加呈
先增大后减小再增大的趋势。离心泵蜗壳的压力脉动幅值随叶片数的减小而增大。由于叶轮蜗壳动静干涉的作用，蜗壳
隔舌处、第 1 到第 2 断面间和扩压管壁面等 3 个区域的压力脉动幅值相对较高。随着叶片数的减少，蜗壳壁面的振动位
移有所增大，最大位移主要发生蜗壳第 8 断面处。振动速度随着叶片数的增大后减小，与振动位移的规律有一定的差异，
振动高速区主要集中在隔舌、蜗壳的第 4 与第 6 断面之间和靠近扩压管的第 8 断面处。设计工况下，泵在叶频对应的声
压级和声强随着叶片数的增加先增大后减小，高声压级区域主要出现在泵出口附近的高振动速度引起的垂直方向。综合
数据接口工具来解决网格匹配的问题，并采用有限元法对 结构振动进行了数值模拟，提取了叶频对应的振动模态， 结果阐明了振动噪声产生和传播的机理。
叶片数对叶轮流道内流体流动的不均匀性有明显的 影响[22]。随着叶片数的减少，叶片间距的增大，流体沿 圆周流动的不均匀性增加。针对泵性能的不同要求，国 内外对叶片数的优化[23-24]进行了许多研究，研究表明叶 片数对泵的振动噪声性能具有较大影响[25-26]。以往的研 究大多是在不考虑叶轮和蜗壳中泄漏流场的情况下研究 两者之间的相互作用。事实上，位于定子和转子的流体 泄漏对离心泵的能量性能有很大影响，叶轮出口的主流 通过间隙流入蜗壳，主流与间隙内流体相互作用，引起 间隙内不均匀的压力分布。同时，泵内泄漏对离心泵的 非定常特性也起着重要作用[27-28]。
例，对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能，并采用 FEM\BEM 声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射
噪声进行了数值模拟，同时与试验数据进行对比分析。结果表明：提出的数值模拟方法可用于预测泵的流动诱导振动和
声辐射性能，且在模拟中考虑口环泄漏的影响能够提高计算精度，有口环方案预测得到的振幅较无口环方案的. 2019 73
叶片数对离心泵振动噪声性能的影响
谈明高 1，陆友东 1，吴泽瑾 1，吴贤芳 2，刘厚林 1
（1. 江苏大学流体机械及工程技术研究中心，镇江 212013； 2. 江苏大学能源与动力工程学院，镇江 212013）
摘 要：叶片数是离心泵的主要几何参数之一。为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响，以比转速为 97 的离心泵为
考虑水力和振动噪声性能，确定该模型泵的最佳叶片数为 6。
关键词：离心泵；数值模拟；压力；口环泄漏；叶片数；振动；噪声
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009
中图分类号：TH312
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2019)-23-0073-07
谈明高，陆友东，吴泽瑾，吴贤芳，刘厚林. 叶片数对离心泵振动噪声性能的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(23)： 73－79. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009 Tan Minggao, Lu Youdong, Wu Zejin, Wu Xianfang, Liu Houlin. Effects of blade number on flow induced vibration and noise in centrifugal pump[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(23): 73－79. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009
为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响以比转速为97的离心泵为例对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能并采用fembem声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射噪声进行了数值模拟同时与试验数据进行对比分析
第 35 卷 第 23 期 2019 年 12 月
农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
收稿日期：2019-07-20 修订日期：2019-10-30 基金项目：国家自然科学基金（51679110、51779108）；江苏省自然科学基 金 BK20161350；江苏省农业重点研发计划（BE2017356） 作者简介：谈明高，研究员，主要研究高效高可靠性叶片泵水力模型。 Email：tmgwxf@
0 引 言
离心泵是通过叶轮旋转来驱动流体的机械，广泛应用 于各种工业和民用领域[1]。泵在运行过程中产生的振动和 噪声，不仅对设备的使用寿命和系统性能有很大影响[2]， 而且还会破坏工作环境，影响人的身心健康。随着经济 和社会的发展，对泵的振动和噪声的要求越来越高[3-5]。 因此，降低泵振动和噪声水平了成为研究热点[6-8]。
本文考虑叶轮和蜗壳间泄漏的影响后，建立了分析 离心泵振动和噪声的预测模型，研究了叶片数对流体激 励下引起的泵壳振动辐射噪声的影响，研究结果能够为 离心泵减振降噪设计提供一定的参考。
提高了 13.5%。随着叶片数的增加，扬程和轴功率均逐渐增大，最大增幅分别为 15.9%和 14.1%；效率随叶片数的增加呈
先增大后减小再增大的趋势。离心泵蜗壳的压力脉动幅值随叶片数的减小而增大。由于叶轮蜗壳动静干涉的作用，蜗壳
隔舌处、第 1 到第 2 断面间和扩压管壁面等 3 个区域的压力脉动幅值相对较高。随着叶片数的减少，蜗壳壁面的振动位
移有所增大，最大位移主要发生蜗壳第 8 断面处。振动速度随着叶片数的增大后减小，与振动位移的规律有一定的差异，
振动高速区主要集中在隔舌、蜗壳的第 4 与第 6 断面之间和靠近扩压管的第 8 断面处。设计工况下，泵在叶频对应的声
压级和声强随着叶片数的增加先增大后减小，高声压级区域主要出现在泵出口附近的高振动速度引起的垂直方向。综合
数据接口工具来解决网格匹配的问题，并采用有限元法对 结构振动进行了数值模拟，提取了叶频对应的振动模态， 结果阐明了振动噪声产生和传播的机理。
叶片数对叶轮流道内流体流动的不均匀性有明显的 影响[22]。随着叶片数的减少，叶片间距的增大，流体沿 圆周流动的不均匀性增加。针对泵性能的不同要求，国 内外对叶片数的优化[23-24]进行了许多研究，研究表明叶 片数对泵的振动噪声性能具有较大影响[25-26]。以往的研 究大多是在不考虑叶轮和蜗壳中泄漏流场的情况下研究 两者之间的相互作用。事实上，位于定子和转子的流体 泄漏对离心泵的能量性能有很大影响，叶轮出口的主流 通过间隙流入蜗壳，主流与间隙内流体相互作用，引起 间隙内不均匀的压力分布。同时，泵内泄漏对离心泵的 非定常特性也起着重要作用[27-28]。
例，对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能，并采用 FEM\BEM 声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射
噪声进行了数值模拟，同时与试验数据进行对比分析。结果表明：提出的数值模拟方法可用于预测泵的流动诱导振动和
声辐射性能，且在模拟中考虑口环泄漏的影响能够提高计算精度，有口环方案预测得到的振幅较无口环方案的. 2019 73
叶片数对离心泵振动噪声性能的影响
谈明高 1，陆友东 1，吴泽瑾 1，吴贤芳 2，刘厚林 1
（1. 江苏大学流体机械及工程技术研究中心，镇江 212013； 2. 江苏大学能源与动力工程学院，镇江 212013）
摘 要：叶片数是离心泵的主要几何参数之一。为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响，以比转速为 97 的离心泵为
考虑水力和振动噪声性能，确定该模型泵的最佳叶片数为 6。
关键词：离心泵；数值模拟；压力；口环泄漏；叶片数；振动；噪声
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009
中图分类号：TH312
文献标志码：A
文章编号：1002-6819(2019)-23-0073-07
谈明高，陆友东，吴泽瑾，吴贤芳，刘厚林. 叶片数对离心泵振动噪声性能的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(23)： 73－79. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009 Tan Minggao, Lu Youdong, Wu Zejin, Wu Xianfang, Liu Houlin. Effects of blade number on flow induced vibration and noise in centrifugal pump[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(23): 73－79. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.23.009
为研究叶片数对离心泵振动噪声性能的影响以比转速为97的离心泵为例对比了不同叶片数下的水力和振动噪声性能并采用fembem声振耦合计算方法对流动激励下的振动及其声辐射噪声进行了数值模拟同时与试验数据进行对比分析
第 35 卷 第 23 期 2019 年 12 月
农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
收稿日期：2019-07-20 修订日期：2019-10-30 基金项目：国家自然科学基金（51679110、51779108）；江苏省自然科学基 金 BK20161350；江苏省农业重点研发计划（BE2017356） 作者简介：谈明高，研究员，主要研究高效高可靠性叶片泵水力模型。 Email：tmgwxf@