泵的噪声测量与评价方法

　　本标准中声功率级测定方法等效采用国际标准ISO 3746-1979《声学—噪声源声功率级测定—概测法》。
1　主要内容与适用范围
　　本标准规定了泵的噪声测量与评价方法。
　　本标准适用于除潜液泵、往复泵以外的各种型式泵和泵用调速液力偶合器。在应用本标准时应优先选择声功率级方法，在条件不具备时才采用声压级方法。有争议时以声功率级为准。

2　引用标准
　　GB 3102.7　　声学的量和单位
　　GB 3240　　　声学测量中的常用频率
　　GB 3241　　　声和振动分析用1/1和1/3倍频程滤波器
　　GB 3768　　　噪声源声功率级的测定　简易法
　　GB 3785　　　声级计的电、声性级及测试方法
　　GB 3974　　　声学名词术语
　　JJG 176　　　声压级校准器试行检定规程
　　JJG 188　　　声级计试行检定规程
　　JJG 277　　　标准声源检定规程

3　泵的声功率级测定方法
　　本标准规定的声功率级测定方法与GB 3768规定的方法一致，应用本方法能够较准确地了解泵或泵机组的噪声水平。在需要精确测定泵声源的声功率级时，应考虑原动机（电动机、内燃机等）噪声的影响，必要时应对原动机采取隔声（如隔声罩）等降低影响的措施。
3.1　测量误差
　　测量误差系指由各种因素造成的累积的标准偏差。
　　按本标准规定测量泵的声功率级的误差为：
　　a.对泵声源，其标准偏差不大于4dB；
　　b.在相同测试环境中对同类型泵进行比较时，其标准偏差不大于3dB。
3.2　声学测量环境
　　理想的声学测量环境应是除一反射面（地面）外无其他反射物体。在反射面上方近似为一自由场。适合本标准的测量环境为宽广的户外或满足要求的房间。测量泵的噪声一般都在试验室（试泵场）进行。
3.2.1　对测量环境（试验室、试泵场）的要求
　　评定试验室是否符合要求的标准为A/S≥1(A为试验室房间的吸声量，S为测量表面的面积)或环境修正值K₂≤7。
3.2.2　背景噪声的要求
　　在测点上，泵工作时测得的A声级与背景噪声的A声级与背景噪声的A声级之差应至少大于3dB。
3.2.3　风速
　　室外测量时，风速应小于6m/s并应使用风罩。
　　室外测量时，电机冷却通风过大（手感）时应使用风罩。
3.3　测试仪器
3.3.1　概述
　　测试仪器应使用GB 3785规定的2型或2型以上的声级计，以及准确度相当的其他测试仪器。声级计或其他测试仪器与传声器之间最好使用延伸电缆或延伸杆。
3.3.2　校准
　　每次测量前后，需用准确度优于±0.5dB的声级校准器在一个或多个频率上对整个测试系统（包括电缆）进行校准。声级校准器应按JJG 176规程、声级计及其他测试仪器应按JJG 188规程定期检定，以保证测试仪器的准确度。
3.4　泵的安装与运行工况
3.4.1　安装
　　在安装泵和试验设备时应注意以下几点：
　　a.在试验室测量时，出口节流阀应装在离泵较远处；
　　b.吸入和排出管路噪声过大时，应采取降低噪声影响的措施；
　　c.应尽量减少来自其他试验设备的噪声影响。
3.4.2　运行工况
　　在测量离心泵、混流泵、轴流泵等叶片泵的噪声时，应在规定转速（允许偏差±5%）、规定流量下进行。在测量齿轮泵、滑片泵、螺杆泵等容积泵（住复泵除外）噪声时，应在规定转速（允许偏差±5%）、规定工作压力下进行。
3.5　A声级的测量
3.5.1　测量表面
　　传声器应位于包络声源的假想测量表面上，可选用两种测量表面的一种：
　　a.半径为r的半球测量表面；
　　b.各面平行于基准体对应各面的矩型六面体测量表面。
　　当比较相同类型泵的噪声时，建议采用形状相同的测量表面和同样的测点位置。
3.5.2　基准体
　　基准体为一包络声源并终止于反射面上的最小矩形六面体。在确定基准体大小时，声源的凸出部件（如凸台、法兰等）只要不是声能的主要辐射体可不予考虑。为了安全起见，基准体可选择足够大，将危险工作点包括进去。
　　在测量泵的噪声时，用泵声源确定基准体。
　　在测量泵机组的噪声时，用泵机组声源（包括泵和原动机一起）确定基准体。
3.6　半球测量表面上的测量
　　在选择测量表面时，应优先选择半球测量面，例如对单、两级泵、双吸泵、中开泵、齿轮泵、滑片泵、螺杆泵等要求选择半球测量面。
3.6.1　测点位置　　
　　将传声器位于半径为r，面积为S=2πr²的假想半球表面上，传声器在半球面上的位置如图1所示。其测点坐标如表1左方各栏所示，半球中心为基准体几何中心在反射面上的投影，半球的半径至少为基准体最大尺寸的2倍。
　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　图1　半球表面上测点位置
　　　　　　　　　　　　　　　　　　〇——基本测点
　　如果被测声源辐射可听的离散频率，选择高出地面为0.6r的测点位置来测定A声功率级L_WA时将会带来较大的误差。在此情况下，测点位置可以位于恰好高于地面的半球表面上。但只有地面是坚硬的（如混凝土或沥青地面）情况下可以这样放置，测点离地面的距离不大于0.05mm，这四个测点的位置如表1右方各栏所示。
　　除需要的反射地面外，传声器距其他反射体应不小于0.5mm。
　　　　　　　　表1　沿直角坐标系(0-X,Y,Z)以离开半球中心O的距离表示的测点坐标

3.6.2　试测
　　对半球测量表面测点位置相对于被测声源的方位（即坐标轴X、Y的方位）需要试测加以确定，即用声级计在高度为0.6r处沿着距Z轴为0.8r的圆形路径找出A声级最高的一点，使该点与4个测点位置之一重合。
　　注：通常图1中基准体的边长l₁和l₂不一定与X和Y轴平行。
3.6.3　测量
　　在图1所示的4个测点上测量声源的A声级，经过对背景噪声的修正后（见本标准3.8条），按本标准3.9条计算测量表面平均声压级和平均A声功率级。
3.7　矩形六面体测量表面上的测量
　　对大型多级泵、大型立式泵采用矩形六面体测量表面。
3.7.1　测点位置
　　传声器位于包络声源并与基准体各表面垂直距离为d的假想矩形六面体测量表面上，其主要测点如图2所示，距离d一般为1m，最小距离不应小于0.25m，测点距反射面的高度h为(H+d)/2，H为基准体高度。测点距反射面最低高度为0.15m。当基准体高度H大于2.5m时，测点依次布置在(H+d)/2和(H+d)两个高度上（见本标准3.7.3.3条）或根据声源的实际情况来安放，这时除每个高度上的四个测点处，另两个测点是：
　　a.距基准体顶面中心垂直距离为d处；
　　b.在本标准3.7.2条中规定的水平路径上A声级最高的一点（图2中虚线所示的地方）。
3.7.2　试测
　　对矩形六面体测量表面，测点位置相对被测声源的方向是固定的。通过试测确定本标准3.7.1条b条中所说的点，即用声级计沿图2虚线所示的水平矩形路线移动，找出A声级最高的一点。
　　注：为了安全起见，声源上方的测点可以不取，但必须在试测中证实如此做将不影响声功率级的准确度。
3.7.3　测点数目
3.7.3.1　小声源
　　对于小声源最少测点数目为6个，即4个基本测点再加上声源上方一点和试测得到的A声级最高的一点。
3.7.3.2　大声源
　　对于大声源，试测时要在如图2矩形路径上所示的5个基本测点上进行（声测上方测点除外）。如果所测得的声级最高和最低之差超过5dB时，需要附加如下测点：
　　对水平尺度t₁、t₂、超过1.0m的声源，需要增加图2所示的水平路径上四个角上的附加测点。
　　对于水平尺度超过5.0m的声源，除了增加四个角上的测点外，还要增加图2所示的附加中间测点，在测距d小于或等于1m时，测点间距应小于或等于2m；测点d大于1m时，测点间距应小于或等于2d。
3.7.3.3　 高声源
　　对于高声源（即高度超过2.5m的声源），需要在h₁=(H+d)/2和h₂=(H+d)两个高度上进行测量。沿着距形路径试测得到A声级最高的一点，应包括在测点之内。每一高度上的测点数最少为5点，当高度为h₁时，要测量图2中的5个基本测点，当高度为h₂时，要测量四角上的测点和A声级最高的一点，这时，对高声源测点最少为11点，即两个高度上的10点再加上顶部上一点。
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　图2　矩形六面体测量表面上的测点位置
　　　　　　　　　〇——基本测点；●——附加测点；X——附加的中间测点
3.7.4　测量
　　在规定的测点上测量声源的A声级读数值L_PAi，对照各测点的背景噪声按表2进行修正，得各测点的A声级测定值L_PAi-K_li，用本标准3.9.1条中的式(1)计算测量表面的平均声压级L_PA。
3.8　背景噪声的修正
　　当在每个测点上测量A声级时，若与背景噪声的A声级之差小于10dB时，应按表2所列修正量对所测得的A声级加以修正。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2　背景噪声的修正

3.9　测量表面平均声压级和A声功率级的计算
3.9.1　测量表面平均声压级L_PA的计算
　　测量表面平均声压级L_PA由下式计算：
　　　　　　　　　　(1)
式中：L_PA——测量表面平均A声级，dB（基准值为：20µPa）；
　　　L_PAi——第i测点测量的A声级读数值，dB（基准值为：20µPa）；
　　　K_li——第i测点背景噪声修正量（见表2),dB；
　　　N——测点总数。
　　注：当第i点的测定值L_PAi-K_li的变动范围不超过5.0dB时，可使用算术平均值代替式(1)的能量平均值，其计算误差不大于0.7dB。
3.9.2　A声功率级的计算
　　A声功率级可由下式计算：
　　 L_WA=(L_PA-K₂)+10lg(S/S₀)　　　　　　　　　　　(2)
式中：L_WA——A声功率级，dB（基准值为：IPW）；
　　　S——测量表面和面积，m²；
　　　S₀——基准面积为，lm²；
　　　K₂——环境修正值，dB。
　　对于半球测量表面，式(2)中S由下式计算：
　　　　S=2πr²
　　r——半球半径，m。
　　对于矩形六面体形测量表面，式(2)中S由下式计算：
　　　　S=4(ab+bc+ca)
式中：a=(L₁/2)+d；
　　　b=(L₂/2)+d；
　　　c=(L₃/2)+d；
　　　L_1、L_2、L_3、——基准体的长、宽、高，m；
　　　d——测量距离，简称测距，m。
3.10　环境修正值K₂的确定
3.10.1　用标准声源确定K₂值
　　按JJG 227检定合格的标准声源放置在与被侧声源相同位置的测试环境中，并使用与被测声源相同的测量方法。按本标准3.9.1条中的方法计算标准声源在测量表面上的平均声压级（需要背景噪声的修正）。
　　按本标准3.9.2条中的式(2)，计算标准声源在被测声源（泵）环境中的声功率级Lw，此时式中K₂取零值。
　　对多个位置上放置标准声源的情况，标准声源声功率级Lw的取得应先计算出标准声源放置在所有位置上的表面平均声压级的平均值。
　　环境修正值K₂可由下式求得：
　　　　K₂=Lw-Lwr　　　　　　　　　　　(3)
式中：Lw——在被测声源（泵）环境测得的标准声源的声功率级，dB；
　　　Lwr——标准声源标定的声功率级，dB。
　　标准声源的放置方法可分替代法与并列法两种。当被测声源能从测试现场移开时使用替代法，把标准声源放置在与被测声源相同的位置的反射平面上，对于较小的声源或较大但其长度与宽之比小于2的声源，只需放一个位置，对长与宽之比大于2的大声源，标准声源应放置四个位置上，这四个位置分别为基准体在反射平面上投影的四条矩形边的中点上。当被测声源不能从测试现场移开时使用并列法，可把标准声源放置在被测声源上表面或被测声源四个侧面的多个位置上进行测量，被测声源表面应是完全的声反射面，如被测声源表面吸声系数较大，则并列法不适用。
3.10.2　用吸声量A确定K₂值
　　测定吸声量A，即测定测量环境（试验室、试泵声）的混响时间T，系指T₆₀一声音已达到稳定状态后，停止声源，平均声能密度自原始值衰减至百万分之一(60dB)所需的时间，So测定混响时间用宽带噪声或脉冲声激发，用A计权接收而得到。
　　吸声量A由下式给出：
　　　　　　　　　　　A=0.16(V/T)　　　　　　(4)
式中：V——试验室容积，m³；
　　　T——试验室混响时间，s；
　　K₂由下式给出：
　　　　　　　　　K₂=10lg[1+4/A/S]　　　　　　(5)
式中：S——测量表面面积（与3.5.1条所述的测量面一致），m³。
　　K₂或由图3查得。
　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3　环境修正值K₂(dB)

4　泵的声压级测定方法
　　该方法包括对A声级和频带声压级的测定方法，测定泵的频带声压级不得必需的，在认为需要时才测量。
4.1　对测量环境的要求
　　测量环境（试验室或试泵场）要求除地面以外应尽量不产生反射，即倍距离声压级衰减值不小于5dB。用下述方法之一鉴别。
4.1.1　在泵侧（参考图4～10在测点P-1～P-5的方向上）距离泵体1m与2m处测得的A声级之差或距离泵体0.5m与1m处测得的A声级之差不小于5dB。
4.1.2　将标准声源设置于被测泵安装场所，距离标准声源1m与2m处测得的A声级之差或距离泵体0.5m与1m处测得的A声级之差不小于5dB。
4.1.3　不能满足本标准4.1.1或4.1.2条规定时，须另行注明测量场所的条件（室内尺寸、设备尺寸、泵的室内的布置），以及按本标准4.1.1或4.1.2条测得的倍距离声压级衰减值。
4.2　A声级的测量方法
4.2.1　测点位置
　　具有代表性的泵、原动机（电机）的测点选择如图4～10所示。其他泵的测点可参照此图例确定。
　　测点高泵体表面水平距离为1m。
　　测点高规定如下：
　　泵的轴线距离声反射面（地面）的高度为泵的中心高，当泵的中心高大于1m时，测点高规定1m；当泵的中心高大于1m时，测点高与中心高相同。参考图4～10。
4.2.2　A声级的测定值与平均声压级L_PA的计算
　　按泵的种类参考图4～10，规定泵和原动机（电动机）的测点。在规定测点上测量声源的A声级读数值L_PAi，对照各测点的背景噪声按表2进行修正后，得各测点的A声级的测定值L_PAi-K_li，用本标准3.9.1条中式(1)，分别对泵周围的测点(P-1～P-5)、原动机周围的测点(M-1～M-3)进行平均计算。
　　在评价泵的噪声时用泵周围测点的平均值。在考核机组噪声时用包括所有测点的总平均值，都用L_PA表示。
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　图4　单机离心泵
　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5　双吸离心泵
　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　图6　多机离心泵
　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　图7　轴流泵与混流泵
注：测点的高度参考图4A向视图
　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　图8　单级离心泵（电机加隔离罩）
4.3　频带声压级的测量方法
4.3.1　测点的位置
　　测量频带声压级的测点选在图4～10所示带“*”号的位置上。
　　　　　　　
　　　　　　　　　图9　立式轴流泵（单座式）　　　　　图10　立式轴流泵（双座式）
4.3.2　1/1倍频程或1/3频程的中心频率
　　由表3给出。
　　　　　　　　　　　　　　表3　1/1倍频程与1/3倍频程中心频率　　　　　　　Hz

4.3.3　频带声压级的测定值
　　使用的滤波器应符合GB 3241的规定。根据需要选1/1或1/3倍频程，在测点上测频带声压级时，首先逐只测背景噪声频带声压级。所测得的泵噪声频带声压级应比同一中心频率背景噪声的频带声压级高10dB以上，不能满足上述规定者，其差值3～10dB时按表2进行修正得频带声压级的测定值。

5　泵的噪声级别评价方法
　　在测量泵的声功率级时，用评价表面上的声压级来评价泵的噪声级别；在测量泵的A声级时，不重新规定评价表面，用本标准4.2.2条规定的平均声压级　评价泵的噪声级别（这里的L_PA与泵的声功率级测定方法中测量表面的平均声压级L_PA有区别）。
5.1　评价表面
　　用泵的声功率级评价泵的噪声级别时，规定一个半径为R的半球面为评价表面。R用下式确定：
　　　　　　　　　　　(6)
式中：l₁、l₂——基准体的长和宽，m；
　　　h——与泵的中心高有关，m。对卧式泵中心高是泵的轴线到声反射面（地面）间的距离，m；对立式泵中心高为1/2L,m。当中心高不大于1m时，h取1m；当中心高大于1m时，h取中心高。
5.2　计算评价表面上的声压级
　　设泵的声功率级为　，按半自由场条件下的点声源，用下式计算半径为R的评价表面上的声压级：
　　L_PA=L_wA-20lg(R/R_o)-8.0　　　　　　　　(7)
式中：L_PA——半径为R的评价表面上的声压级，dB；
　　　L_wA——泵声源的声功率级，dB；
　　　R——规定的评价表面的半径，用式(6)计算，m；
　　　R_o——基准半径，1m。
5.3　划分泵的噪声级别的限值
不着　用三个限值L_A、L_B、L_C把泵的噪声划分为A、B、C、D四个级别，D级为不合格。
　　用下面的公式确定泵的噪声限值：
　　　　　L_A=30+9.71g(P_un)　　　　　　　　　(8)
　　　　　L_B=36+9.71g(P_un)　　　　　　　　　(9)
　　　　　L_C=42+9.71g(P_un)　　　　　　　　　(10)
式中：L_A、L_B、L_C——划分泵的噪声级别的限值，dB；
　　　P_u——泵的输出功率，KW；
　　　n——泵的规定转速，r/min。
　　用式(8)、(9)、(10)绘制的泵的噪声评价线图见图11。
　　当满足：
　　P_un≤27101.3的泵例外，因为它们的L_C≤85dB，可不去区别其噪声的A、B级别，所以对这些泵，当满足：
　　L_PA或L_PA≤85dB的泵评为合格；
　　L_PA或L_PA>85dB的泵评为不合格；
　　对P_un≤27101.3的泵噪声限值L_A、L_B、L_C在图11中用虚线绘出，这些限值仅在如下情况中使用：
　　a.能够精确测定泵声源的噪声级（声功率级或声压级），并且需要评价泵声源的噪声水平时；
　　b.评价低噪声泵（例如特殊设计的）的噪声水平时；
　　c.对泵采取低噪声措施后，评价它的噪声水平时；
　　d.有关协议或合同有规定时。
5.4　泵的噪声评价方法举例
　　例：250D-60×10多级泵的规定参数，流量Q=450m³/h，扬程H=600m，转速n=1480r/min。基准尺寸l₁=0.65m，l₂=0.8m，l₃=0.85m，并测得A声级为L_PA=94.6dB，A声功率级为L_WA=105dB。
　　计算输出功率：
　　　　　　　　P_u=p·g·Q·H/1000=1000×9.8×450×600/1000×3600=735.3(KW)
　　用计算法确定L_A、L_B、L_C三个限值：
　　把输出功率P_u(735.3)、转速n(1480)代入式(8)、(9)、(10)：
　　L_A=30+9.71g(735.3×1480)=88.6(dB)
　　L_B=36+9.71g(735.3×1480)=94.6(dB)
　　L_C=42+9.71g(735.3×1480)=100.6(dB)
　　用查线图法确定L_A、L_B、L_C三个限值：
　　图11为泵的噪声评价线图，用它可以确定泵的噪声限值，图中横坐标为泵的输出功率P_u(KW)；纵坐标为泵的转速n(r/min)；每条斜线代表具有相同噪声限值的不同泵。图的上下各有一条噪声限值标尺，标尺刻度标出L_A、L_B、L_C的值。
　　用查线图法确定L_A、L_B、L_C三个限值，以250D-60×10为例，步骤如下：
　　以输出功率P_u=735.3(KW)为横坐标；转速n=1480r/min为纵坐标，确定一点M，过M点作斜线的平行线，该平行线的端点在标尺上的刻度为L_A、L_B、L_C三个限值：
　　　L_A=88.6(dB)　　　　L_B=94.6(dB)　　　　　　L_C=100.6(dB)
　　用声功率级评价泵的噪声的级别
　　计算评价表面的半径R：
　　　　
　　计算评价表面上的声压级；
　　L_PA=-20lg(1.6/1)-8
　　 =105-4.10-8
　　 =92.9(dB)
　　由L_PA(92.9dB)大于L_A(88.6dB)且小于L_B(94.6dB)，以所以该泵的噪声评价为B级，用声压级评价泵的噪声级别：
　　由L_B(94.6dB)且小于L_C(100.6dB)，所以该泵的噪声评价为B级。
　　注：用声压级评价泵的噪声在B级下限(94.6dB)上，而用声功率级评价泵的噪声级在B级里面，看出用声功率级才能正确反映泵的噪声水平。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图11
　　　　　　　
6　测量记录和格式
6.1　记录内容
　　在测试报告中应包括测量面、测点位置示意图、各测点的背景噪声值、噪声读数值、测定值及平均声压级，并填入相应的记录单中。有条件时，还应把声级记录仪（电平记录仪或X-Y记录仪）绘出的频谱图贴在记录单后面的空白处。
6.2　测试报告格式
　　测试报告格式如下所示：
　　　　　　　　　　　　　　　　泵的噪声测试报告（声功率级）

　　　　　　　　　　　　　　　　　A声功率级测量记录单

　　　　　　　　　　　　　　　　泵的噪声测试报告（声压级）

　　　　　　　　　　　　　　　　　A声级测量记录单

　　　　　　　　　　　　　　　　　　频带声压级记录单

　　　　　　　　　　　　　　　　　　测点位置示意图
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（略）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　频谱图
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（略）

附加说明：
　　本标准由沈阳水泵研究所提出并归口。
　　本标准由沈阳水泵研究所负责起草。
　　本标准主要起草人王景会。
　　本标准中声压级测定方法等效采用日本标准JIS B8310-1977《泵的噪声级的测定方法》。