扩张式消声器降低管道流体噪声的试验研究

　　前 言

　　流体管道系统是动力、液压机械系统产生振动噪声的一个重要来源。管道系统的振动噪声除来自于支撑系统的振动传递作用外,还来自于管内流体运动的激励作用,尤其是流体运动紊动程度高、出现空化时,后者常会成为主要的振动噪声来源。文献[1]对有关流体诱发振动的机理和早期研究作了比较全面的总结。对于管流噪声的控制,应用最广泛的是扩张管消声器,比如各种汽油或柴油发动机的进、排气系统中的消声器。这类应用中,流体介质为空气,且其运动具有周期性。

　　本文所研究的是工作介质为液体(油、水)的泵的出口流动噪声控制。由于管路系统的刚度大,根据降噪要求,选取5kHz频率对应的波长作为抗性扩张管的设计参数,具体对两种泵设计了扩张管,在不同运行工况进行试验测试,总体降低噪声效果明显。

　　1 扩张管的设计

　　对于5kHz的频率,以及油中声速(1350m/s)和水中声速(1500m/s),以及预期降噪9分贝的要求,依据抗性扩张管消声器插入损失式[2]

　　经计算求得扩张比m=5.48,以及扩张管尺寸为齿轮油泵扩张管:进、出口直径d=8mm,内径D=18mm,长度L=62mm叶片式水泵扩张管:进、出口直径d=25mm,内径D=58mm,长度L=75mm

　　2 试验测试方案

　　由于泵出口管直径小,管内液体流速高,不能将振动或压力传感器安装至管内测量。即使有可以装入的小传感器,装入管内也会对流动产生巨大影响。因此只能通过测量管壁的振动来测量。试验中在扩张管的入口和出口处采用加速度传感器,并在圆管上制作了铝质安装平台,以502胶水粘结,如图1。测试的截止频率为10kHz,测试仪器系统框图如图2。

　　3 试验结果

　　为了评价在偏离设计工况下的降噪效果,试验时测试了非额定工况下的扩张管的插入损失。具体做法是,将泵从低速分为5档逐步加速至额定转速,在各档速度时进行测量。

　　表1给出齿轮油泵的运行工况和测量结果。表2给出叶片水泵的运行工况和测量结果。

　　图3和图4分别给出相应的插入损失随工况变化的情况。

　　4 讨论与结论

　　预期的最大消声量为9分贝,是针对筒谐波计算的。对一般多频率成分的噪声,依据噪声叠加原则,总的噪声插入损失不应超过此数。试验测试情况与此基本相符合。惟有油泵的第5工况下,略有超过,达到了9.4dB,原因可能如下:首先,试验中是以振动加速度量度插入损失的,抗性扩张管的插入损失反映的是流体压力波的衰减,两者之间不一定存在正比例关系。因为声压更可能与振动速度成正比,以加速度量度对高频噪声成分的估计可能偏高。另外,可能来自测量误差,一般的试验测量误差在0.5db为正常范围。