船用臥式自吸離心旋渦泵噪聲檢驗檢測技術研究

船用臥式自吸離心旋渦泵作為一種兼具自吸、離心力與旋渦作用特性的流體輸送設備，廣泛應用于船舶各類系統中。其運行噪聲是評價產品質量、環境影響及船員舒適度的重要指標。系統的噪聲檢驗檢測對于控制船舶整體噪聲水平、保障人員健康與設備可靠運行至關重要。

一、 檢測項目與方法原理

噪聲檢測的核心在于準確獲取并分析聲壓級與聲功率級，主要檢測項目與方法如下：

1. 聲壓級測量

   • 方法概述：在泵組周圍特定位置布點，直接測量空氣聲壓的有效值，以A計權聲壓級為主要評價量。

   • 測量原理：聲波作用于傳聲器膜片，將其轉換為電壓信號，經前置放大器、計權網絡和檢波器處理后，由讀數裝置顯示分貝值。A計權網絡模擬人耳對低頻不敏感的特性，與主觀感受有較好的相關性。

   • 實施要點：測量應在反射平面上的自由場條件下進行，背景噪聲需進行修正。測量表面通常為包絡泵組的矩形體或半球面，傳聲器位置按標準布置。

2. 聲功率級測定

   • 方法概述：聲功率級是表征泵噪聲輻射能量的固有物理量，與測量環境無關，是評價和比較泵噪聲水平的客觀參量。

   • 測定原理：基于聲壓級測量結果，通過計算得出。常用方法有：

     • 聲壓法：在包絡泵組的測量表面上，測量多個點的聲壓級，通過計算該表面的平均聲壓級和表面面積，確定聲功率級。這是常用的工程方法。

     • 聲強法：通過測量聲強矢量（聲壓與質點速度的乘積）在包圍泵組的測量面上的分布，計算通過該面的聲能流，從而直接確定聲功率級。此法抗背景噪聲干擾能力強，可在現場非理想聲學環境下使用。

3. 頻譜分析

   • 方法概述：對噪聲信號進行頻率構成分析，用于識別主要噪聲源和頻率特性。

   • 分析原理：使用實時分析儀或傅里葉變換分析儀，將時域噪聲信號分解為頻域上的頻譜。通過分析頻譜中的峰值頻率，可對應判斷其與葉輪通過頻率、軸承特征頻率、氣蝕頻率等的關系，為噪聲控制提供依據。

4. 噪聲源識別

   • 方法概述：定位泵組的主要噪聲輻射部位。

   • 識別原理：

     • 聲強掃描法：利用聲強探頭對泵體表面進行近距離掃描，聲強云圖可直觀顯示主要噪聲輻射區域。

     • 表面振動測量法：通過測量泵殼、軸承座等關鍵部位的振動加速度，結合聲振傳遞特性，間接評估結構輻射噪聲的貢獻。

二、 檢測范圍與應用需求

船用臥式自吸離心旋渦泵的噪聲檢測需求覆蓋其所有應用領域，不同系統對噪聲控制的要求各異：

1. 船舶通用系統：如艙底水泵、壓載泵、消防泵、衛生水泵等。檢測重點在于確保泵組運行時不致使艙室噪聲超出規范限值，保障船員工作與休息環境。

2. 船舶動力系統：如冷卻海水泵、淡水泵等。這些泵通常靠近主機等強噪聲源，檢測需關注其在復雜背景噪聲下的獨立聲功率級，以及其對機艙整體噪聲的貢獻。

3. 特殊船舶與系統：如科考船、軍用艦艇、醫院船等。此類船舶對噪聲有極其嚴格的要求（如聲學隱身、精密儀器工作環境保障），檢測項目需更加全面，除空氣噪聲外，常需附加結構噪聲測量與評估。

4. 泵的研發與質量控制：在新產品研發、改進及出廠檢驗中，噪聲檢測是驗證設計、優化結構和控制產品質量的關鍵環節。

三、 檢測標準與規范

檢測活動必須遵循國內外公認的標準規范，以確保結果的準確性、重復性和可比性。

1. 標準：

   • ISO 3744:2010 《聲學 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》。此標準是進行聲功率級測量的基礎標準。

   • ISO 9614-2:1996 《聲學 聲強法測定噪聲源的聲功率級 第2部分：掃描測量法》。適用于現場測量的聲強法標準。

   • IEC 60092-302:2019 《船舶電氣設備 第302篇：設備 發電機和電動機》。其中包含對旋轉電機（泵的驅動部分）的噪聲限值和測試方法指引。

2. 標準/行業標準：

   • GB/T 29529-2013 《泵的噪聲測量與評價方法》。該標準是國內泵類產品噪聲檢測的核心依據，詳細規定了測量環境、儀器、方法及聲壓級向聲功率級的轉換。

   • CB/T 3496-2019 《船用泵組噪聲測量方法》。此船舶行業標準針對船用泵組的安裝和使用環境特點，對測量條件作出了更具體的規定。

   • GB/T 3785.1-2010 《電聲學 聲級計 第1部分：規范》。等同于IEC 61672-1，規定了聲級計的性能等級。

   • 相關船級社規范：如中國船級社（CCS）、挪威船級社（DNV GL）、美國船級社（ABS）等均在各自的船舶入級規范中對艙室噪聲限值提出了要求，間接規定了泵等設備應有的噪聲水平。

四、 檢測儀器與設備

一套完整的泵噪聲檢測系統主要包括以下儀器：

1. 聲級計：核心測量儀器，至少為1級精度。需具備A頻率計權、F時間計權功能，并能夠進行等效連續聲壓級的測量。通常與防風罩配合使用，以減少空氣流動對測量的影響。

2. 聲強探頭：用于聲強法測量和噪聲源識別。由一對相位匹配的傳聲器按特定間距構成，可測量聲壓梯度并計算出聲強。

3. 頻譜分析儀：或具備頻譜分析功能的聲學分析系統。能夠對噪聲信號進行1/1倍頻程或1/3倍頻程分析，乃至更精細的窄帶FFT分析，用于頻譜分析和故障診斷。

4. 振動傳感器與分析儀：用于輔助噪聲源識別和結構噪聲分析。壓電式加速度計是常用類型，配合分析儀可獲取振動頻率和幅值。

5. 校準器：聲學校準器，用于在每次測量前后對聲級計或傳聲器進行精確校準，確保測量鏈的準確性。通常產生一個已知頻率和聲壓級（如1000 Hz, 94 dB）的穩定信號。

6. 數據采集與處理軟件：運行于計算機上，用于控制儀器、記錄數據、進行后期計算（如平均聲壓級、聲功率級計算、頻譜繪制等），并生成檢測報告。

綜上所述，對船用臥式自吸離心旋渦泵進行系統、規范的噪聲檢驗檢測，需要依據明確的檢測標準，采用科學的檢測方法，并借助精密的聲學儀器。這不僅是對產品性能的客觀評價，更是推動低噪聲泵技術發展、提升船舶聲學環境品質不可或缺的技術手段。