Maxvärde, dB(A)
4.4 Tester av valda pumpmodeller
Som en del av testningen av pumpmodeller beskrivs arbetsgången som följts, hur testriggen var uppbyggd samt själva testerna och resultaten från dessa.
4.4.1 Arbetsgång vid testförsök
För att testa och utvärdera pumparna som undersöktes inom projektet användes en statistisk försöksplanering, som nämnts i kapitel 3.3.2. Problemet som identifierades var att ljudnivån för pumparna med skäranordning gav upphov till högre ljudnivå än önskvärt. Syftet med testerna var därför att undersöka ljudnivån för pumparna under olika förhållanden, till exempel med eller utan skärplattan. Innan testerna utfördes krävdes viss förhandsinformation, som samlades in i två delar. Den ena delen var att samla in information om pumparna och skäranordningarna. Detta gjordes genom att konsultera medarbetare på Xylem och genom att studera datablad och produktspecifikationer. Den andra delen var att samla information gällande ljud och ljudmätning. Detta utfördes också genom att konsultera kunniga medarbetare men även genom att studera teori. För att få ut användbar information av testerna var de resultatvariabler som valdes ut ljudtrycksnivå och frekvens. Vid det initiala försöket utformades en förenklad modell, därför har inte faktorerna höga och låga nivåer.
Pumpmodellerna 3068, 3069, DXG och DXGT skulle testas på fyra olika sätt,
• Med komplett skäranordning inkluderande både skärplatta och kniv
• Utan skäranordning
• Med endast skärplatta
• Med endast kniv
Faktorerna som hölls konstanta var pumptrycket, vattennivån samt ljudtrycksmätaren placering. En okontrollerbar faktor var bakgrundsljudet. Vid val av försöksutförande beslutades det att varje testsuppsättning endast skulle utföras en gång. Detta gjordes eftersom programvaran som användes för att samla in uppmätta värden medelvärdesbildade, vilket filtrerade bort vissa störningar. Efter detta utfördes försöket enligt planen och resultatet analyserades för att kunna dra slutsatser som sedan användes vid konceptutvecklingen.
4.4.2 Testriggens uppbyggnad
För att utföra ljudmätningar på pumparna byggdes en testrigg. Ljudmätningarna ägde rum i Xylems laboratorium där andra maskiner och tester kördes kontinuerligt. I och med det var det viktigt att ljudisolera pumpen från yttre bakgrundsljud och skapa en så tyst miljö som möjligt för att endast mäta de ljud som pumpen gav upphov till.
Testriggen bestod av fyra väggar samt tak och botten byggt i ljudisolerande material som monterades samman likt en låda. För att isolera hörn och tak användes fönsterlister samt silvertejp, insidan av lådan täcktes även med ljudisolerande material och filtar. Inuti lådan placerades sedan en tank, Micropac 7, som pumparna monterades i. Från pumpen drogs slangar ut till en återflödestank. Denna tank ställdes på pallar för att vattnet skulle rinna tillbaka ner i Micropac 7 genom självfall, se Figur 19. Ventiler monterades på slangarna för att reglera återflödet och pumpens tryck. En mekanisk manometer användes för att kunna avläsa pumpens tryck. Testriggen placerades under traversen för att underlätta i- och urtagning av pumpen. Detta gjorde det även enklare att hantera taket på lådan eftersom det lyftes av och på upprepande gånger under testförsöken.
I lådan monterades sedan ljudutrustningen upp, vilket var en kondensatormikrofon som fästes i en ställning för att säkerställa att avståndet till ljudkällan var konstant. Placeringen var viktig att hålla konstant eftersom ljudtrycksnivån varierar med avståndet. Från ljudtrycksmätaren gick kablar till en dator där ljudtrycksnivån samt ljudfrekvensen kunde avläsas via LabView. För att verifiera att kondensatormikrofonen gav korrekta värden kalibrerades utrustningen samt jämfördes med resultat från en enklare handhållen ljudnivåmätare.
Figur 19. Testriggen sedd utifrån och inifrån.
4.4.3 Tester av 3068, 3069, DXG och DXGT Utförande
Innan de riktiga mätningarna påbörjades genomfördes testrundor i syfte att kontrollera ljudutrustningen samt de konstanta faktorerna som valts ut, till exempel vattennivån. Vid varje test mättes först bakgrundsljudet upp, sedan startades pumpen och ljudtrycksnivån för pumpen under drift medelvärdesbildades.
Test 1:
Den första pumpen som testades var 3068, som till att börja med hade en komplett skäranordning. Sedan plockades hela skäranordningen bort och ett nytt test utfördes. Efter det testades pumpen med endast skärplattan och slutligen med endast kniven. Detta gjordes för att undersöka vilken ljudnivå pumpen hade under olika förhållanden. För att pumphjulet skulle hållas på plats under testerna som utfördes utan kniv behövdes en specialkonstruktion tillverkas. Denna testprocedur upprepades sedan för 3069. Pumparna 3068 och 3069 kördes vid vanlig drift, 50 Hz samt vid ett tryck på cirka 2,4 bar, vilket motsvarar ett statiskt tryck på cirka 24 mVp. Detta är den bästa driftpunkten för dessa pumpar. Därefter testades DXG, både vid vanlig drift (2,4 bar) som de tidigare pumparna och vid turbo (1,8-2-2 bar), då motorn varvas. DXG:n testades i två omgångar, en gång med skäranordningen och en gång utan skäranordningen. Detta val gjordes eftersom resultaten från tidigare försök visade att det inte blev några större förändringar i ljudnivå när pumpen kördes med endast skärplattan samt endast kniven.
Test 2:
Pumpen 3069 testades även med N-pumphjul som används när större volymer av vatten ska pumpas och när skäranordningen inte krävs. Detta gjordes i syfte att utreda pumphjulens inverkan och kontrollera hur mycket pumpen lät utan hydraulikdelen.
Testförsöken utfördes på samma sätt som ovan vid två tryck, 1,4 bar och 2,4 bar och upprepades fem gånger för att säkerställa mätresultaten (Appendix 5).
Test 3:
För att ytterligare utesluta pumphjulets inverkan och undersöka ljudet som endast motorn och därmed elektronikdelen ger upphov till, testades den vanliga 3069 grinderpumpen med och utan pumphjul samt med och utan skäranordning. Testförsöken utfördes vid ett tryck på cirka 3,5 bar och upprepades fem gånger. Samma typ av test utfördes också på DXGT.
Resultat och analys Test 1:
Maxvärdet som mättes upp för 3068 var 82,59 dB(A), vilket var med hela skäranordningen och det minsta värdet var 78,96 dB(A), då pumpen endast var utrustad med skärplattan. 3069 visade liknande mätvärden och hade också sitt maxvärde med hela skäranordningen och det minsta värdet då endast skärplattan testades (Tabell 4). Vid DXG-testerna med hela skäranordningen och utan skäranordningen uppmättes ingen märkbar skillnad, 69,41 dB(A) respektive 69,35 dB(A).
Tabell 4. Testresultat för pumparna under olika förhållanden. 50 Hz, Tryck 24 mVp.
Testresultat Medel dB(A)-nivå
Resultatet visar att ljudnivån inte varierade speciellt mycket, oavsett pumpmodell och förhållande, vilket var oväntat. Detta ansågs inte vara några märkbara ljudskillnader i och med att skalan är logaritmisk och det mänskliga örat knappt registrerar så små ökningar eller minskningar i decibel.
Test 2:
Maxvärdet som mättes upp vid 1,4 bar var 82,11 dB(A) och vid 2,4 bar var maxvärdet 80,94 dB(A). Trots att N-pumphjulet skapade mer rörelse och störningar i vattnet gav inte detta upphov till mycket högre ljudnivå än en ordinarie grinderpump med M-pumphjul.
Test 3:
Pumpmodellen 3069 gav upphov till en ljudnivå på 66,55 dB(A) som högst och DXGT hade en ljudnivå på 50,46 dB(A) som högst. Utan hydraulikdelen kunde det därmed konstateras att 3069s motor lät mer än DXG, men överlag varierade inte ljudnivån speciellt mycket oberoende om skäranordningen var monterad eller inte, vilket gällde bägge pumparna (Appendix 6).
Eftersom resultatet från dessa tre tester inte visade på några större skillnader i ljudnivå antogs det att något eventuellt var fel med testriggen.
4.4.4 Tester i Performance Testrigg
Testerna utfördes i en annan testrigg eftersom Micropac 7 förmodligen bidrog till ett felaktigt mätresultat. Detta antogs vara på grund av att ljudet reflekteras inuti tanken och träffade mikrofonen från flera olika håll samtidigt samt störningar i vattnet. Det beslutades även att endast fortsätta utföra tester av DXG-modellerna och 3069. Anledningen till att 3068 valdes bort var dels på grund av tidsbrist, men även för att det är en äldre modell än 3069 och dessa pumpar ansågs vara väldigt lika.
Utförande
Följande tester utfördes i Xylems ordinarie Performance Testrigg, PTR, se Figur 20.
Pumparna monterades på ett tryckrör och kördes via testriggens styrsystem. Detta system gjorde det lättare att testa pumpen vid olika varvtal samt hålla koll på pumpens prestanda.
Likt tidigare tester hölls vattennivån och ljudutrustningens placering konstant vid varje testförsök. För att kontrollera att utrustningen fungerade som normalt användes en ljudnivå kalibrator inför varje test. Först testades DXGT. Pumpen kördes med och utan skäranordning vid frekvenserna 50 Hz, 55 Hz och 60 Hz. Detta gjordes även för 3069.
Figur 20. Uppställningen i Performance Testrigg.
Resultat och analys
I denna testrigg visade det sig att skillnader i ljudnivå med och utan skäranordning faktiskt kunde mätas upp. De två pumpmodellerna visade olika stora förändringar. DXG lät mer utan skäranordning (Tabell 5), medan 3069 lät mer med skäranordning (
Tabell 6). Vid 60 Hz var skillnaden för 3069 ungefär 9 dB(A) med skäranordning jämfört med utan. Dock kunde denna siffra vara något missvisande eftersom spaltavståndet inte kontrollerades tillräckligt noga. Dessa pumpmodeller har som nämnts innan liknande skärplattor, men olika knivar. I och med det lades fokus på att konstruera om kniven och att fokusera på 3069, som visade störst skillnader i ljudnivå.
Tabell 5. Medel dB(A)-nivå för DXGT. Flöde 3 l/s.
Tabell 6. Medel dB(A)-nivå för 3069. Flöde 3 l/s.
Testresultat
Baserat på resultatet från tidigare tester låg fokus under konceptutvecklingen på att ta fram koncept på en ny kniv. Ytterligare tester utfördes för att undersöka vad som gav upphov till ljudet för att förstå vilka designparametrar som var viktiga. Koncepten som togs fram testades och utvärderades, följt av vidareutveckling och förbättring av den slutliga prototypen.
4.5.1 Tester för utvärdering av ljudnivån Utförande
För att utvärdera hur ljudnivån påverkades av olika inställningar så som, tryck, flöde, spaltavstånd och varvtal utfördes tester på 3069s befintliga skäranordning. Syftet var att finna samband som sedan kunde användas som underlag vid framtagningen av knivens konstruktion. För att kunna analysera testerna användes programmet LabView. Programmet gav ett medelvärde av ljudnivån i dB(A) och ljudets tonhöjd i form av frekvenser i Hz.
Fyra olika tester genomfördes:
1. Test av ljudnivån vid olika flöden och varvtal där flödet reglerades i intervaller mellan 0-4 l/s. Vid varje mätpunkt testades även pumpen vid varvtalen 40 Hz, 50 Hz samt 60 Hz. Dessa varvtal valdes eftersom det är inom detta intervall som pumpen fungerar utan att överbelastas.
2. Test av ljudnivån vid olika varvtal där flödet hölls konstant på 3 l/s, eftersom det är normalt flöde vid den driftpunkten där pumpen har som högst verkningsgrad.