離心式渣漿泵噪聲檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

離心式渣漿泵的噪聲主要由流體動力學(xué)噪聲、機械噪聲和電磁噪聲耦合產(chǎn)生，其檢測基于聲學(xué)與振動的基本原理。

1. 聲壓級檢測原理：聲波引起空氣中壓力的波動，傳聲器將這種壓力波動轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號。通過測量該信號的均方根值，并依據(jù)聲壓級定義（Lp = 20 log??(p/p?)，其中p為測量聲壓，p?為參考聲壓20μPa），計算得到聲壓級，用以量化噪聲的強度。

2. 聲功率級檢測原理：聲功率是聲源在單位時間內(nèi)輻射的總聲能，是表征設(shè)備本身噪聲發(fā)射能力的物理量。其測量基于聲壓級測量，通過在被測泵周圍布置一個假想的測量表面（包絡(luò)面），在該表面上多點測量聲壓級，結(jié)合背景噪聲修正、環(huán)境反射修正（如采用標(biāo)準(zhǔn)聲源法或環(huán)境修正系數(shù)K2A法），計算得出聲功率級。這是評價泵噪聲性能的核心指標(biāo)。

3. 頻譜分析原理：泵的噪聲具有寬頻特性。通過快速傅里葉變換（FFT）等算法，將時域聲壓信號分解為頻域信號，獲得噪聲的頻譜圖。分析頻譜中的峰值頻率，可以定位噪聲源，例如葉輪通過頻率及其諧波（流體噪聲）、軸承旋轉(zhuǎn)頻率（機械噪聲）、電磁力頻率（電磁噪聲）等。

4. 聲強測量原理：聲強是矢量，表示聲能流動的大小和方向。通常采用雙傳聲器p-p法，通過測量兩點間的聲壓和質(zhì)點速度，計算出聲強值。此方法可在非消聲室環(huán)境下進行，有效抑制背景噪聲干擾，并能用于聲源定位，精確識別泵體各部位（如進口、出口、軸承箱、電機）的噪聲貢獻。

5. 振動測量原理：泵的機械振動是噪聲的重要來源。加速度傳感器拾取泵體、軸承座等關(guān)鍵部位的振動信號，通過積分處理可獲得振動速度或位移。振動頻譜分析同樣可用于診斷故障源，如不平衡、不對中、軸承損壞等，其與噪聲頻譜存在強相關(guān)性。

二、檢測項目

離心式渣漿泵的噪聲檢測項目系統(tǒng)性地分為以下幾類：

1. 聲學(xué)性能評價項目：

   • A計權(quán)聲壓級：模擬人耳對聲音的響應(yīng)，是評價工作環(huán)境噪聲暴露水平的主要指標(biāo)。

   • 倍頻程或1/3倍頻程聲壓級頻譜：分析噪聲在不同頻帶內(nèi)的分布，用于噪聲控制和聲品質(zhì)研究。

   • 聲功率級：包括A計權(quán)聲功率級和各頻帶聲功率級，是產(chǎn)品噪聲發(fā)射的固有特性參數(shù)，用于產(chǎn)品評級和比對。

2. 噪聲源識別與診斷項目：

   • 近場聲壓級掃描：在泵體表面近距離測量，初步判斷主要噪聲輻射區(qū)域。

   • 聲強分布測量：繪制泵體表面的聲強云圖，精確定位主要噪聲源及其貢獻量。

   • 聲源排序：通過聲強測量或聲全息技術(shù)，量化泵不同部件（如泵體、電機、齒輪箱等）的聲功率貢獻。

3. 與運行狀態(tài)關(guān)聯(lián)的檢測項目：

   • 不同工況下的噪聲：在額定流量、大流量、小流量等工況下測量噪聲，分析噪聲與流量、揚程、效率等參數(shù)的關(guān)系。通常小流量工況下易發(fā)生汽蝕，導(dǎo)致噪聲顯著升高。

   • 振動-噪聲相關(guān)性分析：同步測量關(guān)鍵部位的振動和近場噪聲，通過相干函數(shù)分析等手段，確定機械振動對總噪聲的貢獻比例。

三、檢測范圍

離心式渣漿泵廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，其噪聲檢測需滿足特定行業(yè)的嚴格要求：

1. 礦業(yè)與冶金：用于輸送礦漿、尾礦、精礦等。檢測在于高濃度、高磨蝕性工況下的寬頻帶噪聲及汽蝕噪聲，需滿足嚴格的礦山安全規(guī)程和職業(yè)健康標(biāo)準(zhǔn)。

2. 電力行業(yè)：用于輸送灰渣、脫硫漿液。檢測需關(guān)注電廠廠界噪聲和環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，并對泵組的整體噪聲（含驅(qū)動設(shè)備）進行評估。

3. 疏浚與河道清淤：用于輸送泥沙、淤泥。檢測環(huán)境多為戶外，需考慮背景噪聲的影響，聲強法是有效的現(xiàn)場檢測手段。

4. 化工與陶瓷：輸送腐蝕性、高粘度漿體。檢測需注意泵在變速運行、介質(zhì)變化時的噪聲特性。

5. 城市建設(shè)：用于建筑打樁、盾構(gòu)掘進中的泥漿輸送。檢測需符合城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注設(shè)備在密閉空間內(nèi)的噪聲放大效應(yīng)。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對離心泵（含渣漿泵）的噪聲測量方法、限值和標(biāo)示有明確規(guī)定。

1. 標(biāo)準(zhǔn)：

   • ISO 3744：《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級和聲能量級 反射面上方近似自由場的工程法》。這是常用的聲功率測定方法之一，適用于半消聲室或滿足條件的現(xiàn)場環(huán)境。

   • ISO 3746：《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級和聲能量級 調(diào)查級法》。精度較低，但現(xiàn)場適用性強。

   • ISO 13347：《工業(yè)風(fēng)扇 聲功率級的測定》。雖然針對風(fēng)機，但其在管道進出口噪聲、聲強法測量方面的原理對泵類設(shè)備有重要參考價值。

2. 中國標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB/T 29529《泵的噪聲測量與評價方法》：這是中國關(guān)于泵噪聲核心的標(biāo)準(zhǔn)。它詳細規(guī)定了測量表面布置、測點位置、測量環(huán)境要求、測量程序以及聲壓級向聲功率級的計算方法。該標(biāo)準(zhǔn)等效或修改采用了ISO系列標(biāo)準(zhǔn)。

   • GB 3096《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》：規(guī)定了不同功能區(qū)的環(huán)境噪聲限值，是泵站廠界噪聲控制的依據(jù)。

   • GB/T 12348《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》：規(guī)定了工業(yè)企業(yè)在廠界處的噪聲排放限值。

3. 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

   • 各行業(yè)（如煤炭、電力、冶金）通常會根據(jù)自身特點，制定更為嚴格的行業(yè)噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，檢測時需同時滿足國標(biāo)和行標(biāo)。

對比分析：ISO系列標(biāo)準(zhǔn)是通用的技術(shù)基準(zhǔn)，側(cè)重于測量方法的統(tǒng)一性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29529在技術(shù)上與ISO標(biāo)準(zhǔn)接軌，同時結(jié)合了中國工業(yè)環(huán)境的具體情況。在實際應(yīng)用中，出口產(chǎn)品常依據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)銷售和驗收則主要依據(jù)GB標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通常是基于國標(biāo)，在限值上提出更高要求。

五、檢測方法

1. 聲壓法（工程法）：

   • 操作要點：以泵為中心，構(gòu)建一個矩形或半球形測量表面。在表面上均勻布置傳聲器測點（通常不少于6個）。測量各點A計權(quán)聲壓級和背景噪聲。確保測量期間背景噪聲比測點總噪聲低至少3 dB（好6 dB），并進行背景噪聲修正。根據(jù)各測點聲壓級計算測量表面平均聲壓級，再結(jié)合測量表面積，計算出聲功率級。環(huán)境反射修正需通過測量環(huán)境修正系數(shù)K2A或使用標(biāo)準(zhǔn)聲源法完成。

2. 聲強法：

   • 操作要點：將測量表面劃分為若干小面元，用聲強探頭依次或掃描測量每個面元中心的法向聲強。計算所有面元聲強級的能量平均值，再乘以測量總面積，即得聲功率級。此方法對測試環(huán)境要求低，可在嘈雜現(xiàn)場使用，且能有效識別和分離聲源。

3. 振動法（輔助診斷）：

   • 操作要點：在軸承座、泵殼等振動傳遞路徑的關(guān)鍵點安裝加速度傳感器。測量振動速度的有效值（RMS）或進行頻譜分析。將振動數(shù)據(jù)與噪聲數(shù)據(jù)對比，分析其相干性，判斷機械結(jié)構(gòu)聲輻射的效率。

六、檢測儀器

1. 聲級計：核心儀器，需至少滿足1級精度（如IEC 61672-1標(biāo)準(zhǔn)）。應(yīng)具備A計權(quán)、F（快）檔和S（慢）檔響應(yīng)，并能進行倍頻程頻譜分析。集成化聲級計通常內(nèi)置數(shù)據(jù)記錄功能。

2. 聲強探頭：由一對相位匹配的傳聲器以固定間距構(gòu)成，配合雙通道分析儀使用。對傳聲器的相位匹配精度要求極高。

3. 振動傳感器：一般采用壓電式加速度計，頻率范圍應(yīng)覆蓋泵的主要激勵頻率（通常至10kHz以上）。

4. 多通道數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)：用于同步采集聲學(xué)和振動信號，具備FFT分析、相干分析、階次跟蹤等高級功能，是進行深入噪聲源識別和故障診斷的關(guān)鍵設(shè)備。

5. 標(biāo)準(zhǔn)聲源：用于現(xiàn)場法測量時的環(huán)境修正，其聲功率級需經(jīng)過精密標(biāo)定。

七、結(jié)果分析與評判

1. 分析方法：

   • 聲壓級/聲功率級對比：將測量值與產(chǎn)品銘牌標(biāo)示值、合同保證值或相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值進行對比。

   • 頻譜分析：識別頻譜圖中的突出峰值，計算其對應(yīng)頻率，并與泵的理論特征頻率（葉輪通過頻率f = n*Z/60，n為轉(zhuǎn)速，Z為葉片數(shù)；軸承故障頻率；電機極通過頻率等）進行比對，確定主要噪聲源。

   • 聲強云圖/聲源排序：直觀顯示主要噪聲輻射部位，并量化各部件貢獻，為降噪設(shè)計提供明確目標(biāo)。

   • 工況影響分析：繪制噪聲級、汽蝕余量等參數(shù)隨流量變化的曲線，分析泵在非設(shè)計工況下的聲學(xué)性能惡化情況。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 強制性限值：依據(jù)GB 3096, GB 12348等，評判廠界或環(huán)境噪聲是否達標(biāo)。

   • 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)/合同要求：依據(jù)GB/T 29529測得的聲功率級，不應(yīng)超過產(chǎn)品技術(shù)文件或采購合同中規(guī)定的限值。

   • 健康與安全標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，評估操作人員8小時等效連續(xù)A聲級暴露水平是否超過85 dB(A)。

   • 相對比較與狀態(tài)監(jiān)測：對于已投入使用的泵，建立噪聲基線頻譜。通過定期檢測與基線頻譜對比，分析峰值頻率和幅值的變化，可早期預(yù)警軸承磨損、葉輪汽蝕、動平衡劣化等故障，實現(xiàn)預(yù)測性維護。