船用離心泵應該如何減振降噪？

隨著造船業的迅速發展，對船用離心泵執行的穩定性及安全性要求越來越高，為改善船員的工作環境，保證船員的身心健康，降低由於泵執行時產生的振動與噪聲，保證泵裝置執行的穩定性已成今後船用泵發展的方向。本文對某型遠洋貨輪上的船用離心泵進行減振降噪分析研究，並透過試驗進行驗證。

改造物件簡介船用離心泵主要用於從舷外吸入海水，增壓後經系統管路送至各用水裝置或用水處，完成預定功能後排出舷外。原設計引數為流量Q矣85dB，該泵為單殼體泵，泵與電機採用剛性聯接，由電機承擔軸向推力。其結構如所示。

離心泵存在振動噪聲的原因分析船用離心泵是種旋轉式流體機械，執行時會因機械和流體動力學兩方面原因產生振動噪聲。其振動與噪聲部分來自泵殼內部，本質上與泵內流體的水力脈動直接相關，另一部分與泵直接相關，即與泵本身的製造、安裝和使用等有關。具體分為以下幾個方面：設計欠佳引起的振動噪聲內部結構設計不合理，導致泵內部流場分佈不均，區域性區域存在壓力脈動，會導致泵產生振動噪聲；若設計上對泵剛性、基礎板剛度等考慮不全面，泵臨界轉速計算存在誤差等，也都會使泵產生振動噪聲。

製造質量不高引起的振動噪聲船用離心泵若在製造中出現迴轉部件的同軸度很差、泵葉輪質量分佈不均，葉片厚度不均，或者葉輪前後蓋板有區域性區域厚度分佈不致等情況出現，會使得轉子在旋轉時使整個泵組產生週期性激振力，使泵體產生強迫振動，從而產生噪聲；葉輪各葉片的空間形狀不一致，每個葉片在旋轉時產生的揚程不同，從而產生水力的不平衡而導致振動加劇，也會使泵產生振動噪聲。

泵安裝時底座未找平找正基準面、泵軸和電機軸未達到同軸度要求，管道配置的不合理、管道產生應力變形、基礎螺栓不夠牢固、隔振裝置或元器件的設計、選用安裝方式佈置不當或存在質量問題等也會造成泵產生振動噪聲。當離心泵的固定頻率與某些不平衡力等激振力頻率相重合時，就有可能產生共振，從而使泵組振動噪聲更加劇烈。

使用不當引起執行時產生振動泵在非推薦工況下執行，且有時偏離設計工況太大，產生較大的徑向力，使泵轉子受力偏移，或者泵體受拉或受壓的外力過大使之產生變形，根據以往經驗，離心泵在偏離設計工況60%-70%左右的小流量執行時，有產生所謂“喘振”的可能；若泵執行狀態檢查不嚴、外界振動傳入等也會引起泵振動噪聲。

改進措施從以上幾點出發來研究減振降噪的措施，並對船用離心泵設計、生產工藝加以改進。

設計改進將泵與電機由剛性聯接改為彈性聯接；改變泵殼結構，將泵體由單殼體設計為雙殼體，並增加泵殼強度，減小徑向力；提高泵加工裝配精度，如：提高零件之間的配合精度，將水泵葉輪、轉子部件及電機轉子平衡精度等級由G6。3級提高到G2。5級；改變泵腳板加強筋位置並增加數量，在泵進口設定加強筋；電機支座由焊接件改為鑄件，以增加吸振能力；合理地佈置軸承，保證彈性聯接後泵本身軸承承受軸向力。改進後泵的結構如所示。

工藝中採用些新的裝置和工藝方法：泵軸的車削加工由原普通臥車加工改為數控臥車加工；支座的車削加工由普通立車加工改為數控立車加工，同時，在支座粗、精加工之間增加一次退火熱處理，以更好地消除鑄鋼件在加工過程中產生的內應力，保證加工尺寸的穩定性。

為保證葉輪與軸配合的內孔尺寸由7級精度提高到6級，工藝上由原來的車削加工改為磨削加工；另外，葉輪前、後蓋板上各弧面的車削加工也由原普通臥車加工改為數控臥車加工。

為保證葉輪及轉子部件動平衡精度由原G6。 3級提高到G2。5級，採用高精度動平衡機進行動平衡，其最小可達剩餘不平衡量（Umar）為0。1gmm/kg，並編制相應的作業指導書，對此關鍵過程的質量進行控制。為更好地保證轉子不平衡量得到控制，設計專用工裝，即葉輪靜平衡及動平衡心軸，以先行控制葉輪的不平衡量，再進行整個轉子部件動平衡試驗。

針對泵體、泵蓋等承壓零件的水壓試驗，編制水壓試驗作業指導書，對其過程質量加以控制。在零件粗加工後，即先進行一次水壓試驗，若發現有冒汗、滲漏等小缺陷，採用補焊、浸滲等方式進行修復，待零件精加工完後再進行一次水壓試驗。

針對泵的裝配精度要求的提高，制定合理的裝配工藝，特別是為控制葉輪口環位對泵體的跳動，因泵體裝上後無法再打表檢查葉輪口環位的跳動，設計專用壓蓋代替泵體止口定位。此外，在裝配過程中，還對以下工序進行重點檢查：電機軸外圓對電機法蘭端面的跳動、泵軸外圓對支座止口的跳動、軸承壓蓋與軸承端面間的間隙，以保證泵與電機同軸度滿足要求。

鑄造工藝改進對影響泵水力效能的2個關鍵零件：泵體與葉輪的鑄造工藝加以改進。

將泵體由單殼體改為雙殼體後，泵體由分水肋將流道分成兩部分，由於分水肋是扭曲形狀，而整個泵體體積較小，這無疑增加了鑄造難度。因此，設計芯骨工裝，將流道砂芯分別打製，由芯骨相聯結，將流道砂芯形成個整體，從而保證流道的完整性和符合性。模具設計採用金屬模具結合塑膠脫膽結構，保證鑄件壁厚的均勻；鑄造採用周身冷鐵，樹脂砂造型、制芯，相當於金屬型鑄造，提高鑄件本體組織的緻密性，滿足承壓要求。

將木模改為塑膠模，儘量減小由於模具鑄造過程中變形對泵效能的影響；在模具製作時，嚴格按圖樣的尺寸和技術要求製作葉片和流道各截面的樣板，並用樣板進行檢驗各截面尺寸。由於在鑄造過程中存在著諸多不穩定的因素，鑄造的葉輪與設計存在定的偏差，採用三維座標儀對鑄造的葉輪與設計的葉輪進行測量對比，指導葉輪鑄造和模具的修改。同時對鑄造出的葉輪採取優中選優的原則，選出儘量滿足設計要求並與設計非常相吻合的葉輪用於泵的裝配，以此排除由於葉輪的製造誤差對泵效能的影響。

改進效果對設計改進後的泵進行流場模擬與底板模態分析，並對改進後的泵進行振動噪聲測試。

改進前泵內總壓分佈布，從中可以看出泵體採用雙殼體後，大大降低流場的非軸對稱性分佈，從而降低徑向壓力，減小整個泵的振動。