ISO 20155:2017 船舶および海洋技術—船舶用ポンプの流れに起因するパイプ内騒音源特性の試験方法 | ページ 2

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

序文

ISO (国際標準化機構) は、各国の標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合です。国際規格の作成作業は、通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。 ISOと連携して、政府および非政府の国際機関もこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するすべての問題について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。

この文書の開発に使用された手順と、今後の維持のために意図された手順は、ISO/IEC 指令で説明されています。 1. 特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令の編集規則に従って作成されました。 2 ( www.iso.org/directives を参照)

このドキュメントの要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、そのような特許権の一部または全部を特定する責任を負わないものとします。ドキュメントの開発中に特定された特許権の詳細は、序文および/または受信した特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を参照)

このドキュメントで使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、保証を構成するものではありません。

規格の自主的な性質に関する説明、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および技術的貿易障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) の原則への ISO の準拠に関する情報については、次を参照してください。次の URL: www.iso.org/iso/foreword.html

この文書は、技術委員会 ISO/TC 8, 船舶および海洋技術、小委員会 SC 8, 船舶設計によって作成されました。

序章

船舶の油圧流体動力システムでは、圧力下の液体を介して動力が伝達されます。ポンプは、回転機械力を油圧流体力に変換するコンポーネントです。機械的動力を油圧動力に変換する過程で、流量と圧力の変動、および構造物由来の振動が発生します。主にポンプによって生成される非定常流によって生成されるこれらの流体伝達および構造伝達振動は、接続された配管システムを介して伝達されます。

ポンプによって生成される流体伝達振動は、圧力リップルまたはフロー誘導ノイズと呼ばれます。船舶の冷却および排水に使用されるポンプの場合、流れによって引き起こされる騒音が配管に沿って伝達され、船外のパイプ口から周囲の水域に放射される可能性があります。これにより、騒音公害が発生し、海洋哺乳類を含む環境が乱されます。

ポンプの流量誘導ノイズのレベルは、ポンプ自体の特性だけでなく、ポンプが設置されている回路にも依存します。したがって、ポンプによる流れ誘導ノイズの決定は、ポンプと回路との間の相互作用によって複雑になる。ポンプを接続するパイプリーチに挿入されたハイドロフォンを使用して直接測定されたデータは、ポンプのノイズソース特性を反映できません。ポンプの流れによって引き起こされる騒音を測定するために採用される方法は、相互作用を排除するようなものでなければなりません。

ISO 10767-1 および ISO 10767-2 は、容積式ポンプの試験方法をそれぞれ精密および簡易方法で提供します。ポンプは単一ポートの音響源として扱われ、その音源特性は次のように音源強度の 2 つのパラメータによって表されます。ソースインピーダンスも得られます。 2 つのポートを備えた他の一般的なポンプの場合、ポンプの入口と出口の間の音場は相互結合であり、ソースの特性は 2 つのパラメーターで完全に表現することはできませんが、最大 6 つのパラメーター (つまり、入口と出口でのソース圧力) で表現できます。ポンプと 2 × 2 インピーダンス マトリックスの 4 つの要素の。 2 ポート音源モデルに基づく、ポンプの音源特性の試験方法に関する新しい規格を確立する必要があります。

ポンプの流体力学的ノイズ特性を評価するために、流れ誘導ノイズのソース特性が使用されます。測定結果は、異なるタイプやメーカーのポンプについて比較することができます。これにより、ポンプ設計者は設計変更の影響を評価し、油圧システム設計者が騒音レベルの高いポンプの選択を避けることができます。

この方法は、平面波伝送線路理論を油圧システムの騒音伝播の解析に適用することに基づいています。ノイズ源を持つ 2 ポート モデルを採用し、ポンプのインピーダンス特性を 2 次ソース法で評価することにより、ポンプが配置されている回路に関係なく、ポンプのソース強度を取得できます。

1 スコープ

このドキュメントは、入口と出口のパイプ範囲の音圧を測定することにより、実験室条件で 2 ポート音源としての船舶用ポンプの流れ誘起パイプ内騒音源特性を決定するためのテスト方法を指定します。

この試験方法は、安定した条件下で動作する直径 50 mm を超えるすべてのタイプの遠心ポンプに適用できます。

試験方法の適切な周波数範囲は約 10 Hz から 1 000 Hz であり、上限周波数は、平面音響波が伝播するパイプの内径に依存します。

2 参考文献

以下のドキュメントは、その内容の一部またはすべてがこのドキュメントの要件を構成するように、本文で参照されています。日付のある参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。

  • ISO 10767-1:2015, 油圧流体動力 — システムおよびコンポーネントで生成される圧力リップルレベルの決定 — 1: ポンプの源流リップルと源インピーダンスの決定方法
  • IEC 60565, 水中音響 — ハイドロフォン — 周波数範囲 0.01 Hz ~ 1 MHz での校正

3 用語と定義

このドキュメントでは、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、次のアドレスで標準化に使用する用語データベースを維持しています。

3.1

2 ポート ソース

音響的に相互結合している入口と出口を持つ試験対象物。

3.2

パッシブ特性

伝達行列、インピーダンス行列、散乱行列などのさまざまな方法で表すことができる、伝送経路としてのみ機能するテストオブジェクトの音響特性。

3.3

アクティブ特性

配管システムに音響エネルギーを提供する試験対象物の音響特性。

注記1採用した理論モデルによっては、音圧源、体積速度源などで能動特性を表すことができます。

3.4

テストセクション

音響源からのパイプ内ノイズを測定して、ハイドロフォンを固定するために使用されるパイプリーチ

3.5

パイプ内の静圧

流体が静止しているときのパイプ内の流体圧力。これは、テスト オブジェクトの動作条件を表すパラメータの 1 つです。

3.6

作業流量

単位時間あたりの流体の体積または質量。これは、テスト オブジェクトの動作パラメータの 1 つです。

3.7

圧力損失/油圧損失

流体が試験対象物を通過するときの入口と出口の間の静圧差。これは解析用の参照パラメータです。

3.8

財団

鉄筋コンクリート製のプラットフォームで、実験施設や試験対象物を設置するために使用されます。これには、地面の基礎、パイプラインの取り付けに便利なガイドレールが含まれます。

参考文献

[1]ISO 1000 1SI 単位、およびその倍数と他の単位の使用に関する推奨事項
[2]ISO 5598, 流体動力システムおよびコンポーネント - 語彙
[3]ISO 10767-2, 油圧流体動力 — システムおよびコンポーネントで発生する圧力リップルレベルの決定 — 2: ポンプの簡略化された方法
[4]Chadha JA, Hobson DE, Marshall A, Wilkinson DHガバナ バルブの音源特性。発電所コンポーネントの流動誘起振動、The Pressure Vessels and Piping Conference ASME Century.2-Energing Technology Conference 1980 年 8 月 12 ~ 15 日、カリフォルニア州サンフランシスコ
[5]Rzenkowski G.、Zbroja S.、ブレード通過周波数での音響源としての遠心ポンプの実験的特性評価。 J.流体構造。 2000年、14 pp.529–558
[6]Gibbs BM, Ning Q小型循環ポンプからの流体伝播音および構造伝播音の放出。音と振動に関する第 7 回国際会議 2000年、ドイツ、ガルミッシュ・パルテンキルヒェン
[7]Carta F, Bolpaire S, Charley J, Caignaert G遠心ポンプの水力音響源の特性評価。音と振動に関する第 7 回国際会議 2000年、ドイツ、ガルミッシュ・パルテンキルヒェン
[8]Abom M, Boden H 換気扇のインダクト ソースの特性評価。第 7 回音響振動国際会議2000 年、ガルミッシュ パルテンキルヒェン、ドイツ
[9]de Jong C.流体で満たされたパイプ システムの脈動と振動の分析。アイントホーフェン工科大学、1994
[10]Bardeleben JR, 2 ポート モデルを使用した遠心ポンプの音響特性評価。マクマスター大学、カナダ、2005

Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, 2 (see www.iso.org/directives ).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html .

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 8, Ships and marine technology, Subcommittee SC 8, Ship design.

Introduction

In hydraulic fluid power systems of ships, power is transmitted through a liquid under pressure. Pumps are components that convert rotary mechanical power into hydraulic fluid power. During the process of converting mechanical power into hydraulic power, flow and pressure fluctuations and structure-borne vibrations are generated. These fluid-borne and structure-borne vibrations, which are generated primarily by the unsteady flow produced by the pump, are transmitted through the connected piping system.

The fluid-borne vibration generated by a pump is called pressure ripple or flow induced noise. For pumps used for coolant and drainage in ships, flow induced noise can be transmitted along the piping and radiated into the surrounding water area through a pipe mouth outboard the ship, which produces noise pollution and disturbs the environment including marine mammals.

The level of flow induced noise for a pump depends upon not only the characteristics of the pump itself, but also the circuit in which the pump is installed. Thus, the determination of flow induced noise by a pump is complicated by the interaction between the pump and the circuit. The directly measured data using hydrophones inserted in pipe reaches connecting the pump cannot reflect noise source characteristics of the pump. The method adopted to measure the flow induced noise of a pump should be such as to eliminate the interaction.

ISO 10767-1 and ISO 10767-2 provide the test methods for the positive displacement pump with the precision and simplified method, respectively, where the pump is treated as a single port acoustic source and its source characteristics expressed by two parameters of source strength as well as source impedance can be obtained. For other common pumps with two ports, the sound field between the inlet and outlet of a pump is inter-coupling, source characteristics cannot be fully expressed by two parameters, but expressed by up to six parameters, i.e. source pressures at the inlet and outlet of a pump and four elements in a 2 × 2 impedance matrix. There is a need to establish a new standard about a test method for noise source characteristics of a pump, based on two-port acoustic source model.

The source characteristics of flow induced noise are used for evaluating the hydrodynamic noise feature of the pump. The measured results can be compared for pumps of different types and manufacture. This will enable the pump designer to evaluate the effects of design modifications and help hydraulic system designers to avoid selecting pumps having high noise levels.

The method is based upon the application of plane wave transmission line theory to the analysis of noise propagation in hydraulic systems. By adopting a two-port model with noise source and evaluating the impedance characteristics of the pump using a secondary-source method, it is possible to obtain the source strength of the pump, independent of the circuit that the pump locates.

1 Scope

This document specifies a test method for determining flow induced in-pipe noise source characteristics of a ship-used pump as a two-port sound source in laboratory conditions by measuring acoustic pressures in the pipe reaches of inlet and outlet.

The test method is applicable to all types of centrifugal pumps with a diameter over 50 mm operating under steady conditions.

The suitable frequency range of the test method is about 10 Hz to 1 000 Hz, and the upper frequency is dependent on the inner diameter of the pipe, in which the plane acoustic wave propagates.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

  • ISO 10767-1:2015, Hydraulic fluid power — Determination of pressure ripple levels generated in systems and components — 1: Method for determining source flow ripple and source impedance of pumps
  • IEC 60565, Underwater acoustics — Hydrophones — Calibration in the frequency range 0,01 Hz to 1 MHz

3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

two-port source

test object with inlet and outlet which are inter-coupling acoustically

3.2

passive characteristic

acoustic characteristic of a test object only acting as a transmission path, which can be indicated by different manners such as a transfer matrix, impedance matrix, scattering matrix, etc.

3.3

active characteristic

acoustic characteristic of a test object which provides acoustic energy into a piping system

Note 1 to entry: Depending on the adopted theoretical model, active characteristics can be represented by acoustic pressure source, volume velocity source, etc.

3.4

test section

pipe reaches which are used to fix the hydrophones, measuring the in-pipe noise from the acoustic source

3.5

static pressure in pipe

fluid pressure in pipe as fluid is in still, which is one of the parameters describing the working conditions of the test object

3.6

working flowrate

fluid volume or mass per unit time, which is one of the working parameters of the test object

3.7

pressure drop/hydraulic loss

static pressure difference between the inlet and outlet as the fluid passes through the test object, which is a reference parameter for analysis use

3.8

foundation

platform built by ferroconcrete, used to install the experimental facility and test objects, including ground basis, guide rail for convenient mount of pipeline

Bibliography

[1]ISO 1000 1 , SI units and recommendation for the use of their multiples and of certain other units
[2]ISO 5598, Fluid power systems and components — Vocabulary
[3]ISO 10767-2, Hydraulic fluid power — Determination of pressure ripple levels generated in systems and components — 2: Simplified method for pumps
[4]Chadha J.A., Hobson D.E., Marshall A., Wilkinson D.H., Acoustic source properties of governor valves. Flow-induced vibration of power plant components, The Pressure Vessels and Piping Conference ASME Century.2-Energing Technology Conferences. San Francisco, California, August 12-15, 1980
[5]Rzenkowski G., Zbroja S., Experimental characterization of centrifugal pumps as an acoustic source at the blade-passing frequency. J. Fluids Structures. 2000, 14 pp. 529–558
[6]Gibbs B.M., Ning Q., Fluid-borne and structure-borne sound emission from small circulation pumps. Seventh International Congress On Sound And Vibration. 2000,Garmisch-Partenkirchen,Germany
[7]Carta F., Bolpaire S., Charley J., Caignaert G., Hydro-acoustic source characterization of centrifugal pumps. Seventh International Congress On Sound And Vibration. 2000,Garmisch-Partenkirchen,Germany
[8]Abom M., Boden H., In-duct source characterization for ventilation fans. Seventh International Congress on Sound And Vibration 2000,Garmisch-Partenkirchen,Germany
[9]de Jong C., Analysis of pulsations and vibrations in fluid-filled pipe systems. Eindhoven University of Technology, 1994
[10]Bardeleben J.R., Acoustic characterization of a centrifugal pump using a two port model. Mcmaster University, Canada, 2005