混流潛水電泵噪聲檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

混流潛水電泵的噪聲檢測基于聲學(xué)、振動(dòng)學(xué)及流體力學(xué)原理，旨在量化其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的空氣聲與結(jié)構(gòu)聲。

1. 空氣聲檢測原理：聲波是機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)（如空氣）中傳播的壓力波動(dòng)。噪聲檢測通過傳聲器將聲壓信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)分析儀處理，獲得聲壓級、聲功率級、頻譜等參數(shù)?？茖W(xué)依據(jù)在于聲波的波動(dòng)方程和聲能輻射理論，關(guān)注可聽聲頻率范圍（20 Hz - 20 kHz）。

2. 振動(dòng)檢測原理：電泵運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子不平衡、軸承缺陷、葉片與流體相互作用等均會(huì)引發(fā)機(jī)械振動(dòng)。通過加速度傳感器拾取泵體或管道的振動(dòng)信號，分析其加速度、速度、位移的有效值及頻譜構(gòu)成，可診斷內(nèi)部激勵(lì)源。其依據(jù)是牛頓第二定律和振動(dòng)模態(tài)分析理論。

3. 流體噪聲原理：泵內(nèi)流動(dòng)分離、空化、渦旋脫落等非定常流動(dòng)現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生寬頻噪聲和離散頻率噪聲（如葉片通過頻率）?？栈肼暿菣z測，其本質(zhì)是氣泡潰滅產(chǎn)生的高頻沖擊波，頻譜表現(xiàn)為高頻段（通常>1 kHz）聲壓級顯著升高。

二、檢測項(xiàng)目

檢測項(xiàng)目系統(tǒng)分為性能噪聲、診斷噪聲和環(huán)境噪聲三大類。

1. 性能噪聲檢測：

   • 聲功率級測定：表征電泵輻射噪聲的總能量，是評價(jià)其噪聲水平的客觀指標(biāo)。

   • 聲壓級測定：在指定測點(diǎn)和工況下測量聲壓級，反映特定位置的噪聲強(qiáng)弱。

   • 倍頻程或1/3倍頻程頻譜分析：將噪聲信號分解到不同頻帶，識(shí)別主要噪聲貢獻(xiàn)頻段，用于噪聲源識(shí)別和降噪設(shè)計(jì)。

2. 診斷噪聲檢測：

   • 窄帶頻譜分析：高分辨率分析噪聲和振動(dòng)信號，精確識(shí)別轉(zhuǎn)子、軸承、葉片等部件的特征頻率，用于故障診斷。

   • 空化噪聲監(jiān)測：通過監(jiān)測高頻段（如中心頻率8 kHz, 16 kHz的頻帶）聲壓級的變化或特定頻譜特征，判斷空化初生和發(fā)展程度。

   • 聲學(xué)攝像機(jī)掃描：利用傳聲器陣列實(shí)現(xiàn)噪聲源的可視化定位，快速識(shí)別主要噪聲輻射部位。

3. 振動(dòng)檢測：

   • 振動(dòng)烈度：測量泵體關(guān)鍵部位（如軸承座、出口法蘭）的振動(dòng)速度有效值，評價(jià)整體機(jī)械狀態(tài)。

   • 振動(dòng)頻譜分析：分析振動(dòng)信號的頻率成分，診斷不平衡、不對中、軸承磨損、氣隙不均等機(jī)械和電磁故障。

三、檢測范圍

混流潛水電泵廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，其噪聲檢測要求因應(yīng)用領(lǐng)域而異。

1. 城市給排水與污水處理：關(guān)注大流量工況下的噪聲水平，需符合城市環(huán)境噪聲法規(guī)，特別是泵站周邊的聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

2. 農(nóng)業(yè)灌溉：檢測在額定揚(yáng)程和流量下的噪聲，確保不影響農(nóng)田周邊居民區(qū)。

3. 工業(yè)冷卻與流程供水：在復(fù)雜工業(yè)背景噪聲下，需精確測定泵的本體噪聲，并監(jiān)測振動(dòng)以防設(shè)備故障影響連續(xù)生產(chǎn)。

4. 礦山排水：惡劣工況下，空化噪聲和軸承狀態(tài)振動(dòng)監(jiān)測至關(guān)重要，檢測需適應(yīng)高揚(yáng)程、含顆粒物介質(zhì)的工況。

5. 水利工程與防洪排澇：大型泵組的噪聲與振動(dòng)檢測涉及結(jié)構(gòu)聲傳播對建筑的影響，需進(jìn)行綜合聲振測試。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對混流潛水電泵的噪聲測量方法、限值和評價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)行了規(guī)范。

1. 標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 3744：基于聲壓法測定聲功率級，適用于反射面上的近似自由場條件。是上廣泛認(rèn)可的工程級方法。

   • ISO 5198：離心、混流、軸流泵的液壓性能驗(yàn)收試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，其中包含噪聲測試的參考方法。

   • IEC 60034-9：旋轉(zhuǎn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，包含了對電機(jī)噪聲的測試方法和限值要求，適用于電泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)部分。

2. 中國標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 29529-2013《泵的噪聲測量與評價(jià)方法》：中國泵行業(yè)噪聲檢測的核心標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了測量表面、測點(diǎn)布置、背景噪聲修正及聲功率級計(jì)算方法，與ISO 3744等效。

   • GB/T 3216-2016《回轉(zhuǎn)動(dòng)力泵 水力性能驗(yàn)收試驗(yàn) 1級、2級和3級》：參照ISO 5198，對試驗(yàn)環(huán)境下的噪聲測量提出了要求。

   • GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》：規(guī)定了不同區(qū)域的環(huán)境噪聲限值，是泵站噪聲排放的終評判依據(jù)。

對比分析：標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC）體系更為通用，是貿(mào)易和技術(shù)交流的基礎(chǔ)。中國標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）在技術(shù)內(nèi)容上已與標(biāo)準(zhǔn)接軌，但更側(cè)重于國內(nèi)產(chǎn)品的具體驗(yàn)收和監(jiān)管需求。在限值方面，不同和地區(qū)的能效與環(huán)保法規(guī)可能對特定應(yīng)用領(lǐng)域的泵有更嚴(yán)格的噪聲要求。

五、檢測方法

1. 聲學(xué)測量方法：

   • 測點(diǎn)布置：按照GB/T 29529或ISO 3744，在包絡(luò)聲源的測量表面上布置多個(gè)傳聲器測點(diǎn)，通常為矩形六面體或半球面。

   • 環(huán)境修正：測量背景噪聲，并根據(jù)其與源噪聲的差值進(jìn)行修正。測量環(huán)境反射的影響也需評估。

   • 工況控制：確保電泵在額定電壓、頻率、規(guī)定流量和揚(yáng)程下穩(wěn)定運(yùn)行后進(jìn)行測量。

   • 數(shù)據(jù)采集：使用聲級計(jì)或分析儀在各測點(diǎn)同步或依次采集A計(jì)權(quán)聲壓級，并進(jìn)行頻譜分析。

2. 振動(dòng)測量方法：

   • 測點(diǎn)選擇：傳感器安裝在軸承座、泵殼等剛性結(jié)構(gòu)上，方向包括徑向、軸向。

   • 數(shù)據(jù)采集：測量振動(dòng)速度或加速度的有效值，并記錄時(shí)間波形和頻譜。

3. 空化監(jiān)測方法：

   • 聲學(xué)法：在泵進(jìn)口管路一定距離處安裝高頻傳聲器，監(jiān)測高頻段聲壓級的突變或特定頻譜峰值的增長。

   • 振動(dòng)法：監(jiān)測泵殼上高頻振動(dòng)加速度的有效值或峰值。

六、檢測儀器

1. 聲級計(jì)：具備A計(jì)權(quán)、F或S時(shí)間計(jì)權(quán)，用于聲壓級測量。積分平均聲級計(jì)是測量聲功率級的基礎(chǔ)。

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、實(shí)時(shí)倍頻程/1/3倍頻程分析和窄帶FFT分析功能，用于深入噪聲源診斷。

3. 傳聲器：測量電容傳聲器，需滿足規(guī)定的頻率響應(yīng)和動(dòng)態(tài)范圍。

4. 振動(dòng)傳感器：壓電式加速度計(jì)，具有寬的頻率范圍和良好的線性度。

5. 聲學(xué)攝像機(jī)：由傳聲器陣列和攝像頭組成，通過波束形成算法實(shí)時(shí)生成聲源分布云圖，用于噪聲源快速定位。

6. 校準(zhǔn)器：聲學(xué)校準(zhǔn)器用于對測量系統(tǒng)進(jìn)行聲壓校準(zhǔn)，振動(dòng)校準(zhǔn)器用于對加速度計(jì)進(jìn)行靈敏度校準(zhǔn)。

七、結(jié)果分析

1. 數(shù)據(jù)處理：

   • 聲功率級計(jì)算：根據(jù)各測點(diǎn)聲壓級，按標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算A計(jì)權(quán)聲功率級。

   • 頻譜分析：對比倍頻程頻譜，識(shí)別主導(dǎo)頻帶。通過窄帶頻譜分析，尋找與轉(zhuǎn)速、葉片數(shù)、軸承特征頻率、電網(wǎng)頻率等相關(guān)的離散峰值。

   • 振動(dòng)分析：將振動(dòng)速度有效值與標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 10816系列）中的許可值、警戒值比較。分析振動(dòng)頻譜中的故障特征頻率。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 噪聲水平評判：將測得的聲功率級或指定位置的聲壓級與產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格、購銷合同約定的限值或相關(guān)/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如GB 3096對于環(huán)境噪聲）進(jìn)行對比。

   • 狀態(tài)診斷評判：

     • 正常狀態(tài)：噪聲頻譜平滑，振動(dòng)水平低且無突出故障頻率。

     • 機(jī)械故障：振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡（1×轉(zhuǎn)速頻率）、不對中（2×轉(zhuǎn)速頻率）、軸承故障（如BPFO, BPFI頻率）等特征峰。噪聲頻譜中也可能出現(xiàn)相應(yīng)調(diào)制。

     • 空化工況：高頻聲壓級或振動(dòng)級顯著升高，并伴隨有“爆裂”狀的隨機(jī)噪聲。性能上通常表現(xiàn)為揚(yáng)程和效率的下降。

     • 氣蝕初生：作為空化的早期階段，可能僅表現(xiàn)為特定高頻段聲能量的細(xì)微增長，需要高靈敏度的檢測手段。

3. 報(bào)告出具：檢測報(bào)告應(yīng)包含被測設(shè)備信息、檢測標(biāo)準(zhǔn)、儀器清單、測點(diǎn)布置圖、運(yùn)行工況、測量數(shù)據(jù)（聲壓級、聲功率級、頻譜圖、振動(dòng)值）、背景噪聲、結(jié)果分析及結(jié)論。對于診斷性檢測，應(yīng)明確指出潛在的故障類型、嚴(yán)重程度及位置。