如何减少机器的流动诱导振动噪声？

一直以来人们普遍认为空化是离心泵诱导振动产生的主要原因^［77］。随着大功率离心泵的发展，其内部由非空化引起的流动诱导振动才引起人们的关注。也就是说，即使泵内部不存在空化及其相关问题，其内部不稳定流动也会引起较大的振动，甚至会导致结构破坏。引起离心泵内诱导振动噪声的不稳定流动包括旋转失速、动静干涉、回流、脱流和二次流等。

Dong等^［78］的研究表明叶片与蜗壳的动静干涉和叶轮各流道流量的不均匀对泵内局部压力脉动和远场噪声有很大影响；叶轮蜗壳间的间隙变化能够明显改变泵内流动结构，间隙增大有利于降低压力脉动，间隙减小会导致振动加剧，特别是间隙小于叶轮外径20%的情况下。Srivastav等^［79］试验测试了不同工况下三种不同叶轮与蜗壳隔舌间隙下的流体振动与噪声，结果表明振动噪声随间隙的增大而降低，但泵的效率变化不大。Langthjem等^［80-82］应用CFD数值模拟得到了离心泵内的速度场，通过非定常伯努利（Bernoulli）方程计算得到叶片表面压力，采用傅里叶变换求解频域的波动方程，计算结果表明离心泵叶轮叶片表面所受的非定常力是流动诱导振动噪声的主要成因，当叶片经过隔舌时，泵内的流动诱导振动最大。Jiang等^［83］通过自编数据接口来匹配流场和结构场间的网格并实现二者的数据传递，采用弱流固耦合计算了一台5级离心泵内的流动诱导振动，数值预测结果与试验测试结果基本一致，研究成果揭示了泵内共振的产生和传播机理。Choi等^［84］采用热线风速仪和压力传感器测量了一离心泵叶轮在没有蜗壳和导叶的工作条件下，抽送空气时内部流动与振动的关系，测试结果表明叶轮出口的尾迹与叶片的相互作用能够产生周期性的压力脉动，从而引起泵内较大的振动和噪声。

国内近年来在离心泵流体诱导振动方面也开展了较多的研究，并取得了一定的成果。何希杰等^［85］试验分析了离心泵水力设计对振动的影响，指出离心泵隔舌安放角、叶轮与蜗壳间的间隙以及叶片形状等的设计好坏直接影响到泵运行稳定性。吴仁荣等^［86-88］通过对离心泵振动噪声情况的研究，给出了若干降低离心泵振动噪声的水力设计和结构设计的原则。黄国富等^{［89，90］}指出采用双流道蜗壳、增加泵叶轮与蜗舌的间隙、适当增加叶片数以及叶片侧斜等方案有利于降低船用离心泵内的压力脉动，从而降低流体诱导振动。叶建平^［91］的研究表明对一台离心泵而言，工况的变化对振动有明显影响，且存在一个工况能够使泵内诱导振动和噪声达到最小。马群南等^［92］指出引起泵内振动噪声的水力学原因主要四个：叶轮旋转时产生的非对称力、液体流动的不稳定性、汽蚀和喘振，并试验测试了吸入压力对离心泵和混流泵的振动和噪声的影响。冯涛等^［93］研制了离心泵水动力噪声测试系统，该系统能够同时检测系统的水力学参数及水下噪声、振动和空气噪声，并可对它们进行实时或非实时同步分析。(www.xing528.com)

对于离心泵流动诱导振动的研究而言，虽然已取得一定的成果，但未形成系统的低振动低噪声离心泵设计方法。未来在以下两个方面可以进一步深入研究：一是加强离心泵内部流动机理研究，特别是偏工况下泵内不稳定流动机理的研究；二是量化离心泵结构参数、性能参数与振动强度之间的关系。