摘要:渦輪流量計(jì)是測(cè)量管道中流體流量的常用儀器, 但其測(cè)量過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生附加噪聲 ,影響管道系統(tǒng)中流體機(jī)械流動(dòng)噪聲的測(cè)量研究。在離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)上對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的附加噪聲進(jìn)行了測(cè)量分析 ,搞清了其聲學(xué)特性及其對(duì)流體機(jī)械流動(dòng)噪聲測(cè)量的影響, 提出了在流體機(jī)械流動(dòng)噪聲測(cè)量過(guò)程中消除渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的方法。

  渦輪流量計(jì)是管道系統(tǒng)中的常用測(cè)量工具, 在流量測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用, 但由于其測(cè)量原理是靠渦輪轉(zhuǎn)速來(lái)對(duì)應(yīng)管道中介質(zhì)流量的大小 , 因此又不可避免地由于渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生附加噪聲。本研究將借助離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)^[ 1] ,對(duì)渦輪流量計(jì)產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量和分析, 研究其對(duì)泵閥流噪聲測(cè)量的影響。
 
1、渦輪流量計(jì)產(chǎn)生流動(dòng)噪聲的機(jī)理：
 渦輪流量計(jì)是一種速度式流量測(cè)量?jī)x表, 由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成^[ 2] 。渦輪流量傳感器由葉輪動(dòng)葉、支架、外殼及磁阻傳感器組成 ,其原理是當(dāng)流體流經(jīng)傳感器時(shí), 帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)使導(dǎo)磁的葉片周期性地改變檢測(cè)器中磁路的磁阻值, 使通過(guò)感應(yīng)線圈的電設(shè)備噪聲測(cè)量與控制。
磁通量隨之變化 ,在感應(yīng)線圈的兩端即產(chǎn)生出電脈沖信號(hào),在一定的流量范圍內(nèi) ,該電脈沖與流經(jīng)渦輪傳感器的流體流量成正比?？捎墒?(1)表示
 

率 ;C為儀表常數(shù) ,由制造廠給出。
 
渦輪流量計(jì)具有測(cè)量范圍大、精度高、壓力損失小等優(yōu)點(diǎn)。
 
渦輪流量計(jì)是一種間接測(cè)量?jī)x表 , 靠渦輪的旋轉(zhuǎn)快慢對(duì)應(yīng)管道中介質(zhì)流量的大小, 渦輪葉片本身的旋轉(zhuǎn)將會(huì)產(chǎn)生新的流動(dòng)噪聲, 類似于一個(gè)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)的軸流泵,在葉尖速度遠(yuǎn)小于介質(zhì)聲速的情況下 , 由文獻(xiàn) [ 3]可知其產(chǎn)生附加噪聲的聲功率可用式 (2)來(lái)描述

式中, WD為渦輪旋轉(zhuǎn)輻射的聲功率;K為比例系數(shù) ;ρ0 為介質(zhì)的密度;U為葉尖速度 ;D為葉尖直徑 ;c0為介質(zhì)聲速。
 由式(1)可知 ,流量越大 ,渦輪的轉(zhuǎn)速越高, 所產(chǎn)生的電脈沖頻率也就越高 ;
(2)可知, 由于渦輪葉片的轉(zhuǎn)速提高, 其產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲的聲功率也會(huì)增大。渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的頻譜主要由離散線譜組成 , 隨著流量的增大 ,頻率將提高, 譜值將增大。

2、試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)：
 在如圖 1所示的離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)上完成渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的測(cè)量分析 ,該系統(tǒng)由離心泵、進(jìn)水管、出水管、閥門、隔聲水罐及水箱等部分組成。在圖 1所示的測(cè)量位置應(yīng)用水聽(tīng)器測(cè)量管道內(nèi)的流動(dòng)噪聲, 該流動(dòng)噪聲一部分來(lái)源于聲源, 而另一部分則來(lái)源于渦輪流量計(jì)。
 
3、測(cè)量方法及試驗(yàn)結(jié)果分析：
 本研究采用兩種方法對(duì)渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的特性及其對(duì)管道流動(dòng)噪聲的影響進(jìn)行測(cè)量分析。
 
3.1 、渦輪流量計(jì)對(duì)管道中流動(dòng)噪聲的影響：
 為確認(rèn)渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的頻譜曲線, 設(shè)法移去圖 1中的渦輪流量計(jì) ,此時(shí)測(cè)量得到的頻譜只是離心泵流動(dòng)噪聲的頻譜。
 圖 2是在保持管道中流量不變的情況下,有、無(wú)渦輪流量計(jì)對(duì)管道中水聲信號(hào)頻譜的影響 ,實(shí)線和虛線分別對(duì)應(yīng)有、無(wú)渦輪流量計(jì)兩種情況?？梢钥闯鰷u輪流量計(jì)的存在使管道中流動(dòng)噪聲的頻譜圖中增加了 100 Hz、600 Hz和 900 Hz處的線譜 , 因此渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲主要是由 300 Hz及其倍頻線譜組成。渦輪流量計(jì)的使用使得管道內(nèi)總聲壓級(jí)由 169 dB上升至 173 dB。由此可見(jiàn), 渦輪流量計(jì)顯著改變了管內(nèi)流動(dòng)噪聲的頻譜特性和聲壓級(jí)的高低。

圖 1  離心泵流動(dòng)噪聲測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

3.2、渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的特性：
 調(diào)節(jié)管道流體的流量, 測(cè)量渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲如何隨流量變化。流量調(diào)節(jié)的方法有兩種 :一是改變閘閥 1的開(kāi)度;二是改變泵軸的轉(zhuǎn)速。前者只是流量發(fā)生改變,離心泵線譜噪聲的頻率不會(huì)發(fā)生變化,由文獻(xiàn) [ 4]可知, 譜值的改變也不顯著 ,而渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲離散線譜的頻率和譜值卻可能發(fā)生很大變化, 這樣就能在所測(cè)水聲信號(hào)頻譜中確定由于渦輪流量計(jì)所導(dǎo)致的流動(dòng)噪聲。而后者在改變流量的同時(shí), 會(huì)使得離心泵流動(dòng)噪聲和渦輪流量計(jì)的線譜噪聲都發(fā)生變化 ,導(dǎo)致無(wú)法在流動(dòng)噪聲頻譜中區(qū)分兩者的線譜。因此 ,本研究采用第 1 種方法 ,保持離心泵葉輪轉(zhuǎn)速不變 ,調(diào)節(jié)圖 1中閘閥 1的開(kāi)度,使管道中的流量發(fā)生變化 ,在圖 1中測(cè)量位置記錄水聲信號(hào) ,對(duì)不同流量下水聲信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析比較。
 圖 3是不同流量情況下, 測(cè)量位置測(cè)得水聲信號(hào)的頻譜 ,圖 3中向下箭頭所對(duì)應(yīng)的線譜頻率在管道流量改變過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生改變, 只是線譜峰值發(fā)生了微
小改變 ,由于離心泵的葉輪轉(zhuǎn)速在流量改變過(guò)程中保持不變 ,這些線譜應(yīng)該對(duì)應(yīng)著離心泵的流動(dòng)噪聲。圖3中方框內(nèi)線譜則隨流量改變發(fā)生了明顯變化, 這是因?yàn)榱髁扛淖儗?dǎo)致渦輪流量計(jì)的渦輪轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化。圖 3中 3個(gè)方框內(nèi)的線譜分別對(duì)應(yīng)渦輪流量計(jì)所產(chǎn)生流動(dòng)噪聲的基頻及其倍頻 ,以 300 Hz、600 Hz及 900 Hz左右為頻率中心 。

圖 3 流量變化對(duì)管道中流動(dòng)噪聲線譜的影響圖 2 渦輪流量計(jì)對(duì)管道流功噪聲的影響