潜水排污泵降振降噪优化设计及试验研究

发布时间：2018-04-20 16:20

本文选题：潜水排污泵 + 多目标优化　；参考：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：潜水排污泵可用于抽送生活污水、工业废水和工业流程中含有固体颗粒悬浮物和纤维状悬浮物的液体,广泛应用于市政、轻工、化工、建筑、矿山、冶金等行业。本文研究的潜水排污泵采用超厚叶片结构的叶轮。在前期研究中发现,超厚叶片结构的叶轮可兼顾无堵塞高效率和无过载的统一,但若该叶轮水力设计不当易导致较大的振动和噪声。因此针对具有超厚叶片的潜污泵振动噪声问题,进行了数值计算和试验研究,分析了压力脉动、径向力以及内声场和辐射声场特性,并进行了多参数多目标优化来降低噪声。本文的主要研究内容及取得成果如下:(1)系统调研国内外水泵流动振动噪声研究的现状,确定了潜水排污泵内流噪声和振动的主要影响因素,从而为完善了高效低噪无过载排污泵的水力设计方法打下一定基础。(2)针对某一典型的WQS150-48-45原型潜污泵,按比例进行缩小,然后对缩小后的模型潜水排污泵进行全流场定常计算,得到的外特性数值模拟结果与试验结果相吻合,验证了数值计算的正确性。压力脉动模拟结果与试验结果趋势也一致,模拟结果基本能反映出模型潜污泵内压力脉动的非定常特性,具有一定的参考价值,并且为声场计算提供可靠的声源信息。(3)采用直接边界元法,以蜗壳和叶片表面压力脉动作为偶极子声源,对模型潜污泵进行内声场计算,得到了不同流量工况下不同蜗壳声源声压级分布特性。通过分析进、出口声压级频域分布,得到声源传播特性。建立了压力脉动与内声场之间的联系,从而寻求主动控制声源的方法。研究蜗壳与叶轮匹配性对内声场分布的影响,并进行了噪声试验验证,模型泵的出口噪声数值模拟结果与试验结果吻合良好,可作为评判模型潜污泵内部流动噪声大小和频域特性的参考依据。(4)基于声振耦合计算模型潜污泵的外声场,通过设置指向性场点、平面场点以及球面场点,分析外声场辐射特性。建立了外声场噪声大小及分布特性与压力脉动和径向力的之间的关联性,压力脉动是影响外声场噪声大小的重要因素,噪声极大值和极小值的位置与径向力指向直接相关。本文计算了整机声功率级,为降噪优化提供了统一的噪声评价标准。(5)建立了潜污泵振动噪声试验测试系统,对不同蜗壳和叶轮组合的模型潜污泵进行振动噪声信号采集,通过数据分析得到振动噪声信号的时域和频域分布特性,流动噪声呈现宽频特性,叶频及其倍频处呈现明显的离散特征。采用2号方案蜗壳的模型潜污泵的扬程和机组效率最高,并且泵内流动噪声小于其它两种组合的情况。隔舌与叶片的动静干涉作用影响了流动诱导振动的主频,也是诱导噪声的主要原因,流动噪声更易向蜗壳出口方向传播。(6)应用多目标优化设计方法对原型潜污泵进行降噪优化,基于最优拉丁超立方试验设计,得到相关变量的样本点,并通过数值计算得到响应值,构建有关变量和响应值的Kriging近似模型。在保证扬程和效率水平的前提下进行全局优化,得到Pareto分布。对采用最优降噪方案设计的新潜污泵进行数值模拟,验证近似模型计算的准确性。优化后新潜污泵内的压力分布更加均匀,湍动能明显减小,噪声明显降低,达到了预期的目的。
[Abstract]:The main research contents and achievements of this paper are as follows : ( 1 ) The results are as follows : ( 1 ) It is found that the impeller of ultra - thick blade structure can take account of the non - constant characteristics of noise and vibration in the submersible sewage pump . ( 4 ) Based on the acoustic vibration coupling , the external acoustic field of the model submersible sewage pump is calculated . The relationship between the noise magnitude and the distribution characteristics of the external sound field and the radial force is analyzed by setting the directivity field point , the plane field point and the spherical field point .

【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH38

【参考文献】