徐州沙集泵站流致噪声特性及防治措施研究
作者单位：扬州大学
学位级别：硕士
导师姓名：成立;蒋红樱
授予年度：2022年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081504[工学-水利水电工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程]
摘 要：随着泵站工程技术的不断发展并趋于成熟,在对水泵的工作性能提出更高要求的同时,也越来越重视泵内部流体非定常流动引起的流致噪声污染问题,目前对于导叶式混流泵的流致噪声特性及防治措施研究较少,且在沙集泵站实际运行过程中发现其存在噪声超标严重等问题,对泵站产生了不良影响,因此开展该项研究对沙集泵站的更新改造及同类泵站的运行维护有重要的参考意义。基于流体仿真软件和声学分析软件对沙集泵站内部流场及声场进行仿真数值模拟,分析其内部流动及压力脉动特性,探讨流致噪声形成机理,在流场计算的基础上,利用声学边界元法分析其流致噪声分布规律,同时从主动与被动两个方面对噪声防治措施进行研究。主要研究内容及结论如下:（1）采用CFD数值模拟计算方法对沙集泵站泵装置进行定常和非定常计算,分析其内部流场特性及压力脉动分布规律。分析结果表明:随着流量增大,肘形进水流道肘弯处及弯管处的高流速区逐渐扩大,设计流量工况下的水流流态最为平顺,且由于叶轮的旋转作用,在叶轮进口段出现较大范围的低压区,在弯管外侧则出现明显的高压区;叶轮进口处的压力脉动周期性较为明显,受叶轮转动的影响,叶频为压力脉动主频,小流量工况下压力脉动变化幅度最大;叶轮出口处监测点在7倍转频及其倍频处出现压力脉动峰值,与叶轮进口相反,在靠近轮毂处的监测点取得较大Cp值;由于导叶出口及弯管处受叶轮的影响不明显,压力脉动没有呈现出明显规律性,大流量工况时压力脉动幅值在9倍转频处取得最大值;对比发现叶轮出口处监测点压力脉动变化幅度远大于其余各处,说明动静干涉作用对压力脉动的影响较强。（2）基于声学边界元法,在流场计算的基础上将叶轮叶片与导叶叶片的压力脉动数据作为声源信息导入声学软件中,分析其内部声场的分布规律。分析结果表明:叶片偶极子诱导的流致噪声主要包括宽频和离散噪声,在不同流量下均在叶频及其倍频处呈现出较强的离散特性,声压级主频为叶频,与压力脉动主频一致,说明泵内流致噪声的产生与叶轮和导叶的动静干涉作用引起的周期性压力脉动有关,在叶片偶极子声源的影响下,叶轮进口附近为最主要的噪声源,小流量工况下的声压级值达到最大,对于导叶偶极子声源诱发的内声场,叶轮出口区域的声压级明显高于其他区域,设计流量工况下声压级值最小;由于叶片偶极子声源内声场的声压级普遍高于导叶偶极子,因此在防治措施研究中可以重点考虑优化叶轮进口附近区域。（3）基于对内流场及内声场分布规律的分析,提出主动控制措施对流致噪声进行防治。研究结果表明:对于沙集泵站,为减弱不稳定流动诱发的异常噪声,需主动创造良好的运行条件,合理选择运行工况参数,尽量避免在小流量工况下运行;此外,转速减小能使得声压级降低,其中在P1监测点处声压级减小了 3.2dB,由于目前该泵站无法降速,因此可以在后续的更新改造中通过加设变频装置主动降低泵轴转速以抑制流致噪声的产生。（4）基于对内流场及内声场分布规律的分析,提出被动措施对流致噪声进行防治,即利用正交试验在叶轮进口处设计栅条方案,并通过多指标优化选取最终方案。分析结果表明:在叶轮进口处加设栅条（栅条长度280mm,宽度75mm,厚度19.5mm,数量为12）后,泵装置内的不良流态得到了抑制,压力脉动的变化幅度相比无措施时确实有所减小,降幅最大的地方位于叶轮进口,且设计工况下压力脉动的下降幅度也较为明显;叶片偶极子声源诱发的声压级较无措施时有所降低,特别是在噪声强度较大的叶轮进口附近降幅最为明显,且设计条件下的降噪效果最好,其中P1监测点声压级值降低了 5.21dB;而栅条措施对导叶偶极子诱发的边界元表面的声压级分布基本没有影响,但其内部监测点的声压级下降较大。
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