为降低离心泵反转作液力透平流体诱发的内外场噪声,基于倾斜程度由叶片和隔舌分摊的思想,建立了理想情况下叶片与隔舌异向倾斜角度关系式,提出了在保证性能前提下联合倾斜叶片与隔舌的主动控制降噪方法。在验证内场噪声计算方法和壳体结构有限元模型的基础上,分别基于声学边界元法（Boundary Element Method,BEM）和声学有限元的自动匹配层技术（Finite Element Method/Automatically Matched Layer,FEM/AML）对3组不同倾斜角度透平进行了内外场噪声数值研究,分析倾斜隔舌以及联合倾斜叶片与隔舌的降噪效果。结果表明：隔舌倾斜一定角度后,透平效率在全流量范围内均增加,增加幅度约为0.67%-1.81%;同时倾斜叶片与隔舌后,透平效率与常规透平基本相同,大流量效率有小幅增加。单纯倾斜隔舌透平总声压级降低3.86%-5.93%,总声功率级降低0.83%-11.34%;在倾斜叶片和隔舌的联合作用下透平总声压级降低4.45%-7.19%,总声功率级降低1.08%-12.15%,联合作用的降噪效果更佳。
对某离心泵作透平流体诱发的内场噪声特性进行数值计算和试验研究。在典型流量下,采用雷诺时均方法获取壳体壁面偶极子声源,并利用边界元方法(Boundary element method,BEM)求解出壳体偶极子源作用的流动噪声,基于有限元结合边界元的声振耦合法(Finite element method/boundary element method,FEM/BEM)计算出流体激励结构振动产生的内场流激噪声及考虑结构振动的流动噪声,分析不同性质噪声源的频谱特性,同时评估内场声源在各个频段下的贡献量。借助水听器对透平出口进行流体声学试验,获得了噪声的频谱特性。结果表明,离心泵作透平出口流体诱发噪声主要集中在中低频段,小流量工况低频噪声特性增强。壳体声源作用下考虑结构振动流动噪声的计算结果与试验结果在较大流量下吻合较好。壳体偶极子作用的流动噪声对内场噪声的贡献最大,其次是考虑结构振动的流动噪声,流激噪声对内场噪声贡献最小。结构的影响使得二阶叶频处声压增加,其余离散频率及宽频处声压均有所降低。该研究结果为低噪声叶轮机械设计提供了一定的参考。
为综合优化离心泵作透平的水力和声学性能,建立了一种基于响应面的离心泵作透平水力和声学性能多目标优化方法。首先在对比分析叶轮几何参数对透平水力和噪声影响的基础上,根据敏感度筛选出对噪声影响显著的关键参数;进而应用响应面方法构造显著变量与多目标函数的响应面多元回归模型,分析影响水力效率与噪声的参数间交互作用;最终以水力效率不降低和总声压级最小为响应目标,兼顾性能与噪声确定最优参数组合,即叶片进口安放角为19.5°,叶片出口安放角为20°,叶片出口宽度为16 mm,叶片包角为92°,叶轮进口直径为101 mm,叶片数为12。对某离心泵作透平多目标优化结果表明,叶轮进口直径、叶片出口宽度、叶片数及叶片包角对内场噪声总声压级影响显著;响应面模型能够反映参数与响应值之间的相关性;经试验验证优化后透平水力效率平均提高了1.98个百分点,总声压级降低了4.95 d BA,表明采用的响应面法能够在不影响透平原有水力性能的前提下改善声学性能。
