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管道中渦輪流量計流動噪聲的測量
發布時間:2021-12-6 08:44:41

摘要:渦輪流量計是測量管道中流體流量的常用儀器,但其測量過程中會產生附加噪聲,影響管道系統中流體機械流動噪聲的測量研究。在離心泵流動噪聲試驗系統上對渦輪流量計測量過程中產生的附加噪聲進行了測量分析,搞清了其聲學特性及其對流體機械流動噪聲測量的影響,提出了在流體機械流動噪聲測量過程中消除渦輪流量計流動噪聲的方法。
  渦輪流量計是管道系統中的常用測量工具,在流量測量中得到了廣泛應用,但由于其測量原理是靠渦輪轉速來對應管道中介質流量的大小,因此又不可避免地由于渦輪轉動而產生附加噪聲。本研究將借助離心泵流動噪聲試驗系統”),對渦輪流最計產生的流動噪聲進行試驗測氧和分析,研究其對泵閥流噪盧測氧的影響。
1.渦輪流量計產生流動噪聲的機理,
  渦輪流量計是一種速度式流量測量儀表,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葉、支架、外殼及磁陽傳感器組成,其原理是當流體流經傳感器時,帶動渦輪旋轉使導磁的葉片周期性地改變檢測器中磁路的磁阻值,使通過感應線圈的磁通量隨之變化,在感應線圈的兩端即產生出電脈沖信號,在一定的流量范圍內,該電脈沖與流經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為渦輪旋轉產生的電脈沖的頻率;C為儀表常數,由制造廠給出。
  渦輪流量計具有測量范圍大、精度高、壓力損失小.等優點。
  渦輪流量計是一種間接測量儀表,靠渦輪的旋轉快慢對應管道中介質流量的大小,渦輪葉片本身的旋轉將會產生新的流動噪聲,類似于一個被動旋轉的軸流泵,在葉尖速度遠小于介質聲速的情況下,由文獻[3]可知其產生附加噪聲的聲功率可用式(2)來描述
 
式中,WD為渦輪旋轉輻射的聲功率;K為比例系數;ρ0為介質的密度;U為葉尖速度;D為葉尖直徑;C0為介質聲速。
由式(1)可知,流量越大,渦輪的轉速越高,所產生的電脈沖頻率也就越高;由式(2)可知,由于渦輪葉片的轉速提高,其產生的流動噪聲的聲功率也會增大。渦輪流量計流動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試驗測量系統
  在如圖1所示的離心泵流動.噪聲試驗系統上完成渦輪流量計流動噪聲的測最分析,該系統由離心泵、進水管、出水管、閥門、隔盧水罐及水箱等部分組成。在圖1所示的測量位置應用水聽器測量管道內的流動噪聲,該流動噪聲一部分米源于聲源,而另一部分則來源于渦輪流量計。
3測量方法及試驗結果分析
  本研究采用兩種方法對渦輪流量計流動噪聲的特性及其對管道流動噪聲的影響進行測量分析。
3.1渦輪流量計對管道中流動噪聲的影響
  為確認渦輪流量計流動噪聲的頻譜曲線,設法移去圖1中的禍輪流量計,此時測量得到的頻譜只是離心泵流動噪聲的頻譜。
圖2是在保持管道中流量不變的情況下,有、無渦輪流量計對管道中水聲信號頻譜的影響,實線和虛線分別對應有、無渦輪流量計兩種情況。可以看出渦輪流量計的存在使管道中流動噪聲的頻譜圖中增加了100Hz、600Hz和900Hz處的線譜,因此渦輪流量計流動噪聲主要是由300Hz及其倍頻線譜組成。渦輪流量計的使用使得管道內總聲壓級由169dB上.升至173dB。由此可見,渦輪流量計顯著改變了管內流動噪聲的頻譜特性和聲壓級的高低。
 
3.2渦輪流量計流動噪聲的特性
  調節管道流體的流量,測量渦輪流量計流動噪聲如何隨流量變化。流量調節的方法有兩種:一是改變閘閥1的開度;二是改變泵軸的轉速。前者只是流量發生改變,離心泵線譜噪盧的頻率不會發生變化,由文獻[4]可知,譜值的改變也不顯著,而渦輪流量計流動噪盧離散線譜的頻率和譜值卻可能發生很大變化,這樣就能在所測水聲信號頻譜中確定由于渦輪流量計所導致的流動噪聲。而后者在改變流量的同時,會使得離心泵流動噪聲和渦輪流量計的線譜噪聲都發生變化,導致尤法在流動噪聲頻譜中區分兩者的線譜。因此,本研究采用第1種方法,保持離心泵葉輪轉速不變,調節圖I中閘閥1的開度,使管道中的流量發生變化,在圖1中測量位置記錄水聲信號,對不同流量下水聲信號的頻譜進行分析比較。
 
  圖3是不同流量情況下,測量位置測得水聲信號的頻譜,圖3中向下箭頭所對應的線謂頻率在管道流量改變過程中沒有發生改變,只是線譜峰值發生了微小改變,由于離心泵的葉輪轉速在流量改變過程中保持不變,這些線譜應該對應著離心泵的流動噪聲。圖3中方框內線譜則隨流量改變發生了明顯變化,這是因為流量改變導致渦輪流量計的渦輪轉速發生了變化。圖3中3個方框內的線譜分別對應渦輪流量計所產生流動噪聲的基頻及其倍頻,以300Hz.600Hz及900Hz左右為頻率中心。
  選擇300Hz頻率對應的方框,研究方框內各線譜頻率與流量的對應關系,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系,由于渦輪流量計流動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系對應式(1)的描述。
 
  從圖3可以得出渦輪流量計流動噪聲的頻譜特性,隨流量的增大,線譜頻率向高頻移動,且峰值逐漸增加,這與式(1)和式(2)所描述的渦輪流量計流動噪聲線譜的頻率及聲壓級與流量的對應關系基本一致,流量增大,渦輪轉速提高,流動噪聲頻率升高,聲壓級增高。
4結束語
  本研究在離心泵流動噪聲試驗系統上對渦輪流量計產生的流動噪聲進行了測量分析,搞清了其聲學特性。渦輪流量計會對管內流動噪聲的頻譜特性產生顯著影響。隨流量增大,渦輪流量計產生的流動噪聲頻率增高,聲壓級增大。在管道流噪聲的測量試驗中,為消除渦輪流量計的流動噪聲,叮依據其頻譜特性,應用信號處理的方法濾除其噪聲。若要完全消除渦輪流量計流動噪聲的影響,可改變渦輪流量計測量位置,將其安裝在圖1所示的“新位置"處,試驗系統中的隔聲水罐可以有效隔離渦輪流量計產生的流動噪聲。

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