双向贯流泵调整进出水喉部的面积可降低运行噪声

贯流泵自问世以来，大量应用于雨水排放、工农业送水以及区域调水等大流量、低扬程场合。而双向贯流泵，仅需改变电动机的转向，即可实现正向排水、反向引水。

但由于大多数的贯流泵站的泵房都是干式泵房，造成运行时噪声较大。噪声大的原因有很多，有可能是泵本身的噪声，也有可能是管路的噪声。要想使贯流泵处于正常的运行环境中，需要考虑从贯流泵至整个管路是否设计合理，才可使水泵获得很优良的运行状态。

贯流泵站的设计

江苏某泵站，为满足用户要求，采用两台1200QGLS160-185型双向潜水贯流泵，其性能参数见表1。

表1 双向潜水贯流泵性能参数

根据表1中的性能参数，以正向设计点来确定泵的比转速为：

若以反向设计点来确定泵的比转速为：

因正反向比转速相差较大，所以取比转速为1600的双向水力模型进行换算。最后选择扬州大学ZMS3.5型的水力模型，该水力模型为S形对称翼型叶片型式，于2016年由江苏亚太泵阀有限公司委托江苏省水利动力工程省级重点实验室进行双向潜水贯流泵装置CFB及模型试验研究工作，取得较好的试验结果。并于2016年成功应用于中山市南头镇穗西泵站，该泵站运行平稳，完全能够实现正向排涝、反向抽水的泵站功能，为成熟的水力设计。经模型泵换算后，其性能曲线如图1和图2所示。

Q /（m3/s）

图1 正向曲线

Q /（m3/s）

图2 反向曲线

正向运行点在上图中的G1点（+2°），虽不在最高效率点，但在最佳运行区。反向运行点在上图中的G 3点（+2°）。即在+2°时既可满足正向运行点，也满足反向运行点。从理论上是可行的。

根据《泵站设计规范》，泵站进水流道及出水流道布置应满足下列要求：

1）流道型线平顺，各断面面积沿程逐渐减小。

2）进出口断面处的流速和压力分布应比较均匀。

3）进出口断面处流速符合规范要求（0.8～1.0m/s）。

4）在各工况下，流道内不应产生涡流带。

根据以上要求，结合当初模型装置的试验结果，泵站进出水流道采用对称渐变式（见图3）。这样，流动形态较为平顺，无流线紊乱现象。

图3 进、出水流道型线图

该泵共计两台，其流道也是参照模型泵的进出水流道，为渐变型、对称型。从整个泵站及进出水流道看，水泵的管路及安装都比较合理。

贯流泵的设计

泵由亚太泵阀有限公司按照电动机直联式进行设计制造。该泵装配后按照用户设计点进行测试，正反向测试性能基本能符合用户要求，但因当时测试时，车

间噪声较大，所以未进行水泵噪声的测试就发到了现场。

贯流泵的运行及出现的问题

经设计后此泵的结构如图4所示。水泵运行现场进出口水位基本持平，即现场扬程较小，在试运行时，水泵不仅振动，而且噪声很大，达到近105dB，严重影响水泵的正常运行及周边环境。在进行阀门调节后此现象仍未得到改善。应用户要求，进行返厂重新全方位测试。

图4 贯流泵结构

1—电动机部件 2—出水导叶体 3—转轮室 4—叶轮装置 5—导水锥

为力求测试数据的准确性，水泵制造公司特选在夜间进行测试，测试时全部模拟现场接管测试，地脚进行相对固定。按照国家标准《回转动力泵 水力性能验收方法1级、2级和3级》的要求，采用封闭式立式循环系统，试验台由水力系统、量测系统、监控系统、数据采集与处理系统以及电气与辅助系统等部分组成，进行了水泵及水泵装置性能测试、噪声测试。测试后的结果见表2和表3。

表2 正向测试结果

表3 反向测试结果

根据现场的情况，此泵在正向、反向运行扬程为3m以下，水泵噪声较大，并伴有明显地振动。所以，若用户在反向运行扬程为1m运行，则水泵确实无法正常运行。

贯流泵运行噪声大的原因分析

针对上述情况，分析出现此状况的原因应该有以下几个：

1）双向贯流泵的特性是靠水泵叶轮的特殊S形全对称叶片来实现在水泵固定时，不改变泵的固定方向，仅通过改变电动机的转向从而达到水泵可以正向抽水，反向排水的功能。但双向泵在运行时往往正、反向运行点应该相差不大，而此泵正向运行点在2.3m，反向运行点在1.0m，虽然从性能曲线上来说，此泵都可在+2°运行，如满足正向运行时的性能，则反向运行时，定会偏工况运行，所以在反向运行时发生汽蚀现象，造成振动大，噪声大是在所难免的。

2） 经过再次对水泵的结构（见图5）重新审查后，对水泵结构进行进一步地改进，主要可从以下两方面进行改进设计：一方面，水泵出水导叶体的叶片偏厚，叶片厚数达25mm，且叶片进出水边都是矩形，进出口没有进行修圆，没有导流作用，且导叶的叶片数为7片，与导水锥的叶片数（导水锥的叶片数为5片）不相同，导致水流不畅，而2016年模型试验结果明确指出水泵的运行对导叶体的设计要求非常敏感。所以可以将导叶的叶片进出口及数量进行修正；另一方面，当时为了便于装配，设计了一对转轮室，计算可发现动叶外圈即叶轮叶片进出水边处的流速偏大。

图5 原贯流泵结构

1—出水导叶体 2—转轮室 3—导水锥

若以正向测试点2.05m时，流量11 430m3/h计算，则叶轮出口，导叶进口流速为

= 7.3m/s （3）

式中 Q——流量，单位为m3/h；

D——过流面外径，单位为m；

d——过流面内径，单位为m。

根据《现代泵设计手册》中相关设计要点，需将喉部速度及扩散角控制为一定的值。叶轮进出口衔接要通畅；形状变化要均匀；其流速变化为3.5～7m/s，而此处的流速已超过极限值，所以在运转时会有一种尖啸声。通过以上分析，作为水泵制造厂家，只能从结构方面进行设计改进。

贯流泵的结构改进

根据以上分析，对水泵结构进行了改进，将转轮室各分一半置于导水锥及出水导叶体上，同时将出水导叶的叶片数改为5片，叶片的厚度改为16mm，进出水边修圆，具体改进如图6所示。

图6 改进后的泵结构

从图6中可以看出，改进后的结构增大了进出水喉部的面积，若以正向测试点2.05m时，流量11 430m3/h计算，则增大了进出水喉部面积后，叶轮出口，导叶进口流速为

=4.86m/s （4）

此流速比未改之前的流速小了很多，重新制作装配测试，测试结果见表4和表5。

表4 改进后的正向测试结果

表5 改进后的反向测试结果

测试结果对比后发现：

1）结构改进后，测试性能较之以前有所提高，应该是流道通畅，损失减小。

2）噪声下降了，虽然还没达到理想状态，但已让用户较满意了。

结语

通过以上对水泵的改进及前后实测数据的对比，可以看出贯流泵对进出口流道及流速的敏感性很强，所以，在进行贯流泵设计时，一定要控制好整个流态，确保各阶段的流速，特别是喉部的流速。当然，对于整体泵站而言，要确保泵站的运行质态，得从多方面入手，贯流泵仅仅是其中一个很小的部分。而降噪的措施也有很多，如泵站采用吸噪的装饰材料等。

以上节选自《通用机械》

关于双向贯流泵提效降噪的解决方案