離心式衛(wèi)生泵噪聲檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

離心式衛(wèi)生泵的噪聲主要來(lái)源于流體動(dòng)力學(xué)噪聲、機(jī)械噪聲和電磁噪聲。其檢測(cè)基于聲學(xué)與振動(dòng)的基本原理。

1. 聲壓級(jí)檢測(cè)原理：聲波引起大氣壓強(qiáng)的起伏量稱(chēng)為聲壓。聲壓級(jí)（SPL）是聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的以10為底的對(duì)數(shù)乘以20，單位為分貝（dB）。通過(guò)傳聲器將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)分析儀處理得到聲壓級(jí)。這是評(píng)價(jià)噪聲強(qiáng)弱直接的參數(shù)。

2. 聲功率級(jí)檢測(cè)原理：聲功率級(jí)（SWL）是聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能，是聲源本身固有的特性，與測(cè)量環(huán)境無(wú)關(guān)。通常通過(guò)測(cè)量包圍聲源的包絡(luò)面上多個(gè)點(diǎn)的聲壓級(jí)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 3744）計(jì)算得出。聲功率級(jí)是評(píng)價(jià)和比較泵噪聲輻射能力的根本指標(biāo)。

3. 頻譜分析原理：基于快速傅里葉變換（FFT），將時(shí)域聲壓信號(hào)分解為頻域信號(hào)，從而獲得噪聲在各個(gè)頻率上的分布。這對(duì)于識(shí)別噪聲源至關(guān)重要，例如：

   • 葉片通過(guò)頻率（BPF）噪聲：由葉輪葉片與蝸殼隔舌的相互作用產(chǎn)生，頻率為轉(zhuǎn)頻乘以葉片數(shù)及其諧頻。

   • 空化噪聲：寬頻帶、類(lèi)似爆裂聲的隨機(jī)噪聲，高頻成分豐富。

   • 機(jī)械噪聲：通常表現(xiàn)為軸承的通過(guò)頻率、齒輪嚙合頻率或其諧頻。

   • 電磁噪聲：頻率為電源頻率及其諧頻的倍頻。

4. 聲強(qiáng)檢測(cè)原理：聲強(qiáng)是單位面積上聲波傳播的功率，是一個(gè)矢量（具有方向性）。通過(guò)兩個(gè)緊密排列的傳聲器測(cè)量其相位差和聲壓，可以計(jì)算出聲強(qiáng)。此方法可用于在嘈雜現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中定位特定聲源，并可用于聲功率的測(cè)量。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

離心式衛(wèi)生泵的噪聲檢測(cè)項(xiàng)目可系統(tǒng)分類(lèi)如下：

1. 空氣聲檢測(cè)

   • A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)：模擬人耳對(duì)聲音的響應(yīng)，是評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人體影響常用的指標(biāo)。

   • 線性聲壓級(jí)：未加計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的聲壓級(jí)，反映噪聲的客觀物理量。

   • 聲功率級(jí)：包括A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)和倍頻程/三分之一倍頻程聲功率譜。

   • 頻譜分析：進(jìn)行窄帶頻譜分析，精確識(shí)別特定頻率的噪聲成分。

2. 振動(dòng)檢測(cè)

   • 振動(dòng)速度/加速度有效值：評(píng)價(jià)泵體機(jī)械振動(dòng)的總體水平。

   • 振動(dòng)頻譜分析：用于診斷軸承、軸不平衡、不對(duì)中等機(jī)械故障引發(fā)的噪聲。

   • 振動(dòng)傳遞路徑分析：分析泵體振動(dòng)通過(guò)基座和管路向外傳遞的特性。

3. 聲源識(shí)別與定位

   • 采用聲強(qiáng)法、聲全息或偏相干分析等方法，精確識(shí)別泵的泵體、進(jìn)出口管路、電機(jī)等不同部位對(duì)總噪聲的貢獻(xiàn)量。

三、檢測(cè)范圍

離心式衛(wèi)生泵廣泛應(yīng)用于對(duì)衛(wèi)生和潔凈有苛刻要求的領(lǐng)域，其噪聲檢測(cè)需覆蓋以下行業(yè)的具體要求：

1. 食品與飲料行業(yè)：在灌裝、攪拌、CIP（原位清洗）等工序中，泵的噪聲需滿(mǎn)足生產(chǎn)車(chē)間噪聲限值（通常低于85 dB(A)），并避免對(duì)產(chǎn)品造成污染風(fēng)險(xiǎn)。檢測(cè)需在模擬實(shí)際工況（如特定介質(zhì)、溫度、壓力）下進(jìn)行。

2. 制藥與生物工程：在純化水、注射用水輸送及生物反應(yīng)器系統(tǒng)中，要求極低的噪聲和振動(dòng)，以防止影響敏感的生物過(guò)程和細(xì)胞培養(yǎng)。檢測(cè)需關(guān)注高頻氣蝕噪聲，其可能預(yù)示潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)。

3. 日化行業(yè)：在化妝品、洗滌劑生產(chǎn)過(guò)程中，噪聲控制關(guān)乎員工職業(yè)健康和生產(chǎn)環(huán)境舒適度。

4. 醫(yī)療器械與醫(yī)療水系統(tǒng)：用于透析機(jī)、中央供水系統(tǒng)等，噪聲水平直接影響患者體驗(yàn)和設(shè)備集成度，要求極為嚴(yán)格。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)泵的噪聲測(cè)量方法及限值有明確規(guī)定。

對(duì)比分析：標(biāo)準(zhǔn)（ISO系列）和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN系列）體系較為完善，是貿(mào)易和技術(shù)交流的基礎(chǔ)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)正積極與接軌，GB/T 29529與ISO 20361在核心方法上基本一致，但在具體細(xì)節(jié)和評(píng)價(jià)等級(jí)上可能存在細(xì)微差別。在實(shí)際檢測(cè)中，需根據(jù)產(chǎn)品目標(biāo)市場(chǎng)或客戶(hù)要求選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)。

五、檢測(cè)方法

1. 測(cè)試環(huán)境要求：

   • 半消聲室：理想測(cè)試環(huán)境，地面為反射面，其他面為吸聲面，可模擬半自由聲場(chǎng)。

   • 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試：在生產(chǎn)車(chē)間或?qū)嶋H使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，需評(píng)估環(huán)境背景噪聲和聲反射的影響，通常要求背景噪聲低于被測(cè)聲源噪聲3 dB(A)以上（好10 dB(A)）。

2. 泵的安裝與運(yùn)行：

   • 泵應(yīng)按照制造商的規(guī)范安裝在堅(jiān)固的基座上，進(jìn)出口連接管路應(yīng)使用柔性接頭以減少振動(dòng)傳遞。

   • 測(cè)試應(yīng)在額定流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等穩(wěn)定工況下進(jìn)行。為全面評(píng)價(jià)，可在不同工況點(diǎn)（如關(guān)死點(diǎn)、額定點(diǎn)、大流量點(diǎn)）進(jìn)行測(cè)試。

3. 測(cè)點(diǎn)布置：

   • 聲壓法：根據(jù)所選標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 3744）布置測(cè)量包絡(luò)面，通常在距泵表面1米、離地面1.5米高度的矩形或半球形表面上均勻布置多個(gè)測(cè)點(diǎn)。

   • 聲強(qiáng)法：可貼近泵表面掃描，或在包圍面上逐點(diǎn)測(cè)量。

4. 操作要點(diǎn)：

   • 測(cè)量前需對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)（聲學(xué)校準(zhǔn)器和振動(dòng)校準(zhǔn)器）。

   • 每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，以覆蓋泵運(yùn)行的整個(gè)周期并平均掉隨機(jī)波動(dòng)。

   • 同步記錄聲學(xué)數(shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)以及泵的運(yùn)行參數(shù)（流量、壓力、溫度、轉(zhuǎn)速等）。

六、檢測(cè)儀器

1. 聲級(jí)計(jì)：分為1級(jí)和2級(jí)精度。1級(jí)精度更高，適用于精密測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。應(yīng)具備A計(jì)權(quán)、線性頻率響應(yīng)及積分功能。

2. 聲學(xué)分析儀/頻譜分析儀：核心設(shè)備，具備多通道數(shù)據(jù)采集、FFT分析、三分之一倍頻程分析等功能，可同時(shí)進(jìn)行聲壓和振動(dòng)信號(hào)的采集與分析。

3. 傳聲器：電容式傳聲器因其靈敏度高、頻率響應(yīng)平直而被廣泛使用。需根據(jù)測(cè)量聲壓級(jí)范圍選擇合適的型號(hào)。

4. 聲強(qiáng)探頭：由一對(duì)按特定間距排列的傳聲器組成，用于聲強(qiáng)測(cè)量和聲源識(shí)別。

5. 振動(dòng)傳感器：壓電式加速度計(jì)是主流選擇，用于測(cè)量泵體、軸承座等關(guān)鍵部位的振動(dòng)。

6. 校準(zhǔn)器：聲學(xué)校準(zhǔn)器用于在測(cè)量前后對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行精確校準(zhǔn)；振動(dòng)校準(zhǔn)器用于校準(zhǔn)加速度計(jì)。

七、結(jié)果分析與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

1. 分析方法：

   • 總體水平評(píng)估：直接讀取A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)和聲功率級(jí)，與標(biāo)準(zhǔn)限值或合同要求進(jìn)行比較。

   • 頻譜分析：觀察頻譜圖，識(shí)別峰值頻率。計(jì)算葉頻（BPF = n * N / 60，n為葉片數(shù)，N為轉(zhuǎn)速 rpm）及其諧頻，判斷其是否為主要噪聲源。識(shí)別是否存在高頻寬頻帶噪聲（疑似空化）。

   • 相干分析：利用振動(dòng)信號(hào)與噪聲信號(hào)的相干函數(shù)，判斷特定機(jī)械振動(dòng)是否為噪聲的主要來(lái)源。

   • 聲源貢獻(xiàn)量分析：通過(guò)聲強(qiáng)掃描或聲全息技術(shù)，量化泵體、電機(jī)、進(jìn)出口等不同部位的噪聲貢獻(xiàn)，為降噪設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2. 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)限值：依據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)（如歐盟的機(jī)械指令噪聲限值）或推薦性標(biāo)準(zhǔn)中的指導(dǎo)值。

   • 產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格：泵制造商在產(chǎn)品樣本或技術(shù)協(xié)議中承諾的噪聲值。

   • 客戶(hù)特定要求：特定應(yīng)用場(chǎng)景（如醫(yī)院、精密實(shí)驗(yàn)室）下客戶(hù)的個(gè)性化要求。

   • 對(duì)比分析：與同類(lèi)先進(jìn)產(chǎn)品的噪聲水平進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，評(píng)估產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

   • 趨勢(shì)監(jiān)測(cè)：對(duì)于在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析噪聲和振動(dòng)水平的趨勢(shì)性增長(zhǎng)，可預(yù)警軸承磨損、葉輪動(dòng)平衡失效等故障。

綜上所述，對(duì)離心式衛(wèi)生泵進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的噪聲檢測(cè)，不僅是為了滿(mǎn)足法規(guī)和環(huán)保要求，更是評(píng)價(jià)產(chǎn)品品質(zhì)、診斷潛在故障、指導(dǎo)低噪聲優(yōu)化設(shè)計(jì)不可或缺的技術(shù)手段。