管道中涡轮流量计流动噪声的测量分析

　　涡轮流量计是管道系统中的常用测量工具,在流量测量中得到了广泛应用,但由于其测量原理是靠涡轮转速来对应管道中介质流量的大小,因此又不可避免地由于涡轮转动而产生附加噪声。本研究将借助离心泵流动噪声试验系统[1],对涡轮流量计产生的流动噪声进行试验测量和分析,研究其对泵阀流噪声测量的影响。

　　1　涡轮流量计产生流动噪声的机理

　　涡轮流量计是一种速度式流量测量仪表,由涡轮流量传感器和显示仪表组成[2]。涡轮流量传感器由叶轮动叶、支架、外壳及磁阻传感器组成,其原理是当流体流经传感器时,带动涡轮旋转使导磁的叶片周期性地改变检测器中磁路的磁阻值,使通过感应线圈的磁通量随之变化,在感应线圈的两端即产生出电脉冲信号,在一定的流量范围内,该电脉冲与流经涡轮传感器的流体流量成正比。可由式(1)表示qv=f/C (1)

　　式中,qv为体积流量; f为涡轮旋转产生的电脉冲的频率;C为仪表常数,由制造厂给出。涡轮流量计具有测量范围大、精度高、压力损失小等优点。

　　涡轮流量计是一种间接测量仪表,靠涡轮的旋转快慢对应管道中介质流量的大小,涡轮叶片本身的旋转将会产生新的流动噪声,类似于一个被动旋转的轴流泵,在叶尖速度远小于介质声速的情况下,由文献[3]可知其产生附加噪声的声功率可用式(2)来描述

　　式中,WD为涡轮旋转辐射的声功率;K为比例系数;ρ0为介质的密度;U为叶尖速度;D为叶尖直径; c0为介质声速。由式(1)可知,流量越大,涡轮的转速越高,所产生的电脉冲频率也就越高;由式

　　(2)可知,由于涡轮叶片的转速提高,其产生的流动噪声的声功率也会增大。涡轮流量计流动噪声的频谱主要由离散线谱组成,随着流量的增大,频率将提高,谱值将增大。

　　2　试验测量系统

　　在如图1所示的离心泵流动噪声试验系统上完成涡轮流量计流动噪声的测量分析,该系统由离心泵、进水管、出水管、阀门、隔声水罐及水箱等部分组成。在图1所示的测量位置应用水听器测量管道内的流动噪声,该流动噪声一部分来源于声源,而另一部分则来源于涡轮流量计。

　　3　测量方法及试验结果分析

　　本研究采用两种方法对涡轮流量计流动噪声的特性及其对管道流动噪声的影响进行测量分析。

　　3. 1　涡轮流量计对管道中流动噪声的影响

　　为确认涡轮流量计流动噪声的频谱曲线,设法移去图1中的涡轮流量计,此时测量得到的频谱只是离心泵流动噪声的频谱。

　　图2是在保持管道中流量不变的情况下,有、无涡轮流量计对管道中水声信号频谱的影响,实线和虚线分别对应有、无涡轮流量计两种情况。可以看出涡轮流量计的存在使管道中流动噪声的频谱图中增加了100Hz、600Hz和900 Hz处的线谱,因此涡轮流量计流动噪声主要是由300 Hz及其倍频线谱组成。涡轮流量计的使用使得管道内总声压级由169 dB上升至173 dB。由此可见,涡轮流量计显著改变了管内流动噪声的频谱特性和声压级的高低。