立式水泵泵体辐射噪声计算研究

《立式水泵泵体辐射噪声计算研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据第l7卷增刊2004年8月振动工程学报JournalofVibrationEngineeringV01．17No．SAug．2004立式水泵泵体辐射噪声计算研究许庆新沈荣瀛(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室上海，200030)摘要针对水泵的空间噪声，在结构有限元分析的基础上，提出了一种计算水泵在流体脉动压力下辐射声场的方法。考虑流体诱导产生的脉动压力，通过有限元分析计算出泵体表面的振动速度分布，采用直接边界元的方法，计算空间的辐射噪声。这种计算方法可以用来预估水泵的空间辐射噪声声场，具有一定的工程意义。关键词：水泵；脉动压力；

2、辐射噪声中图分类号：TB535水泵的噪声是水泵重要的质量指标，它即是考核水泵对环境污染的量化指标，也可以反映水泵的设计和制造质量，因此对水泵辐射噪声的分析十分必要。由于噪声的存在，影响人们的工作学习和身体健康。实际上，在中国城市区域环境噪声标准中，已经规定水泵房周围的居民区内，白天只允许50～60dB(A)，夜间只允许有40～50dB(A)，而在特殊工作环境和军用领域，噪声标准还要高。所以，为了严格执行国家对水泵噪声要求的规定，需要对水泵的噪声进行研究。水泵运转时因各种原因会产生不同程度的振动和噪声。因为工作压力的波动与脉动、流体的不稳定流动、

3、阀门半开引起的涡流、气蚀、水锤、转动部件不平衡、安装缺陷引起的偏心转动、油膜的影响等因素，都会产生振动，形成噪声源。水泵噪声的传播通常有两个途径：一为由泵体表面振动通过空气向外辐射传播；二是通过管道、支架、基础等固体向外传播。本文以某立式水泵为实际对象，考察由于流体压力脉动引发泵体结构振动所产生的噪声，计算从泵体表面通过空气向外传播的空间噪声特性，从而实现水泵辐射声场的预估。采用有限元方法计算脉动压力诱导产生的泵体结构振动，根据计算得到的泵体表面振动速度分布，再采用直接边界元的方法，计算空间的辐射噪声分布。这种有限元+边界元的数值分析方法，可以

4、用来预估水泵的辐射噪声，具有一定的工程实用价值。1理论基础简谐激励作用下结构振动在外部流体介质中产收稿日期：2004—04—20生的辐射声压p(r，∞)满足Helmholtz微分方程V2p4-志2户一0(1)和流固界面质点运动的连续性条件警一一iwpv。(2)咖以及Sommerfeld辐射条件墼H警一户)]一o㈣式中k一叫／c为波数，叫为圆频率，c为流体介质中的声速，lD为流体介质的密度，聆为结构表面5的外法向单位矢量，u。为结构表面S的外法向振速。，一一Q—P；，Q为结构表面‘S上任意点，P为空间中任意点。对于单频稳态声场，方程(1)有如下的

5、Helmholtz积分解∥户d(’rp，肌丘)氅乒一G(蠢，；。)Op(rq)]dS(7。)式中(瓦)为观测点位置；G(乃，五)一(4)e—ikR(；'p·r’q)—4zrR(7—p,7。)为格林函数，尺(习，rq)一I蠢一蠢I；S为声源表面，聆为声源表面的外法线方向；口(巧)是与(i)所在区域和5是否为光滑的封闭曲面有关的系数。采用直接边界元方法对方程(4)进行离散化，可得如下矩阵方程(P，}一1-41{P，)4-[B]{P：。}(5)[c]{P，)一[D]{JP：。)(6)由方程(6)可得{尸，)=[c]_1[D]{P二)(7)万方数据增刊

6、许庆新等：立式水泵泵体辐射噪声计算研究式中{P，}和{P：。)分别为声源表面S上节点处的声压列向量和节点处法线方向的声压梯度列向量，3辐射噪声计算结果{P，)是声场中的声压列向量。将上式代入S之外场中积分方程的离散化方程(5)，可得声源表面S之外声场中声压，{P，}一([A][C]～1[D]-I-[B]){P二)(8)因此，如果{P：。)已知，则可计算出声场中声压{P，)。如果已知声源表面S上质点的法向位移“。或法向振速口。，则根据方程(2)可以计算出结构表面5上的声压梯度{P●)，进而可计算出声场中声压{P，)。2泵体表面振动速度计算以某立式

7、水泵为实际对象，建立有限元模型，计算在流体脉动压力下泵体表面的振动速度分布。建立水泵有限元模型时，为了减小工作量，需要对模型作适当简化。在水泵与电动机联接的法兰处、水泵与进出水管联接的法兰处，采用相当质量的板单元模拟法兰及其联接件对水泵振动的影响，同时也简化了泵体外声场计算的复杂性。水泵额定转速为600r／min，额定工况下流体脉动压力幅值为0．3MPa，并且假设流体脉动压力是以正弦的形式作用于流道上的。水泵和电动机联接端有支架支承，所以作为固定边界条件处理。水泵泵体的有限元模型见图1。图1水泵泵体有限元模型采用有限元方法计算得到泵体表面的法向

8、振动速度分布，见图2。图2泵体表面法向振动速度分布根据有限元计算得到的泵体表面振动速度分布，可以利用边界元软件SYSNOISE，采用直接边界元方法计算