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)”),對(duì)渦輪流最計(jì)產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)氧和分析，研究其對(duì)泵閥流噪盧測(cè)氧的影響。
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江。渦輪流量傳感器由葉輪動(dòng)葉、支架、外殼及磁陽(yáng)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。可由式(1)表示
式中,qv為體積流量;ƒ為渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電脈沖的頻率;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;由式(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)最分析,該系統(tǒng)由離心泵、進(jìn)水管、出水管、閥門、隔盧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)噪聲一部分米源于聲源,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中的禍輪流量計(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。可以看出渦輪流量計(jì)的存在使管道中流動(dòng)噪聲的頻譜圖中增加了100Hz、600Hz和900Hz處的線譜,因此渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲主要是由300Hz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169dB上.升至173dB。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。
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,離心泵線譜噪盧的頻率不會(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)噪盧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)致尤法在流動(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I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)的線謂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300Hz.600Hz及900Hz左右為頻率中心。
選擇300Hz頻率對(duì)應(yīng)的方框，研究方框內(nèi)各線譜頻率與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,從圖3可看出,流量改變與300Hz附近線譜頻率變化基本成正比關(guān)系，由于渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的線譜頻率與式(1)中的電脈沖頻率成正比，流量與頻率之間的關(guān)系對(duì)應(yīng)式(1)的描述。
從圖3可以得出渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的頻譜特性,隨流量的增大，線譜頻率向高頻移動(dòng),且峰值逐漸增加,這與式(1)和式(2)所描述的渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲線譜的頻率及聲壓級(jí)與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系基本一致,流量增大,渦輪轉(zhuǎn)速提高,流動(dòng)噪聲頻率升高,聲壓級(jí)增高。
4結(jié)束語(yǔ)
本研究在離心泵流動(dòng)噪聲試驗(yàn)系統(tǒng)上對(duì)渦輪流量計(jì)產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲進(jìn)行了測(cè)量分析,搞清了其聲學(xué)特性。渦輪流量計(jì)會(huì)對(duì)管內(nèi)流動(dòng)噪聲的頻譜特性產(chǎn)生顯著影響。隨流量增大,渦輪流量計(jì)產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲頻率增高,聲壓級(jí)增大。在管道流噪聲的測(cè)量試驗(yàn)中,為消除渦輪流量計(jì)的流動(dòng)噪聲,叮依據(jù)其頻譜特性,應(yīng)用信號(hào)處理的方法濾除其噪聲。若要完全消除渦輪流量計(jì)流動(dòng)噪聲的影響,可改變渦輪流量計(jì)測(cè)量位置,將其安裝在圖1所示的“新位置"處,試驗(yàn)系統(tǒng)中的隔聲水罐可以有效隔離渦輪流量計(jì)產(chǎn)生的流動(dòng)噪聲。
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