隨著氫能技術在燃料電池汽車、儲能系統及工業氫能裝備中的廣泛應用，氫氣循環泵作為燃料電池電堆氫氣供給與循環系統的核心部件，其運行穩定性直接關系到整個系統的效率、安全與壽命。在復雜工況下，氫氣循環泵長期處于高速運轉、高壓差、高純氫氣環境，極易因機械不平衡、軸承磨損、流體激振等因素引發振動與噪聲問題，進而導致密封失效、材料疲勞、控制失穩等連鎖故障。

因此，開展氫氣循環泵振動噪聲可靠性測試，不僅是評估其結構設計合理性與制造質量的關鍵手段，更是保障燃料電池系統長期可靠運行的重要技術支撐。本文結合現行國家與行業技術規范，系統闡述該類測試的技術要求、方法流程與應用價值。

一、氫氣循環泵振動噪聲的成因與影響

1. 主要振動噪聲源

● 機械激勵：轉子不平衡、軸承間隙、齒輪嚙合沖擊、裝配偏心；

● 流體激勵：氣體脈動、渦流脫落、氣蝕現象、進出口壓力波動；

● 電磁激勵（電機驅動型）：電磁力不平衡、諧波電流、轉矩脈動；

● 結構共振：泵體或支架固有頻率與激振頻率重合，引發共振放大。

2. 振動噪聲帶來的風險

● 可靠性下降：持續振動加速軸承、密封件磨損，縮短使用壽命；

● 系統干擾：噪聲影響駕乘舒適性，振動可能干擾傳感器信號；

● 安全隱憂：嚴重振動可能導致管路松動、連接件斷裂，引發氫氣泄漏；

● 性能衰減：流道結構因振動變形，影響流量與壓比特性。

二、測試目的與技術意義

振動噪聲可靠性測試旨在模擬氫氣循環泵在全生命周期內可能經歷的實際運行環境，通過加速老化與極限工況激勵，評估其在以下方面的表現：

● 振動加速度與位移是否在設計限值內；

● 噪聲聲壓級是否滿足NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）要求；

● 長期運行中是否出現性能退化或結構損傷；

● 關鍵頻率段是否存在共振風險。

該測試是產品定型、質量認證、批量準入與售后質量追溯的核心依據。

三、測試標準與技術依據

目前，氫氣循環泵的振動噪聲測試尚無獨立的國家標準，但可依據以下現行有效的國家與行業標準進行綜合評估：

● GB/T 29712提供了旋轉機械振動測試的通用方法，適用于泵類設備基礎振動評估。

● GB/T 1859規定了聲壓級測量的傳聲器布置、背景噪聲修正、A計權聲壓級計算等要求，可類比用于泵體噪聲測試。

● JB/T 8097專門針對各類工業泵制定的機械振動測量標準，明確測點布置、頻率范圍（10 Hz～1000 Hz）、振動烈度評定等級。

● JB/T 8098規定了泵類設備在標準試驗臺架上的噪聲測試條件、測量表面、數據處理方法。

● GB/T 34525對氫氣輸送設備（包括泵、壓縮機）提出了運行安全與結構可靠性要求，間接支撐振動控制必要性。

● ISO 10816 系列（機械振動 — 非旋轉部件的測量與評價）國際通用振動評價標準，常用于高端氫能設備出口認證。

四、振動噪聲可靠性測試方法

1. 測試設備與環境條件

● 測試臺架：

○ 剛性安裝基礎，具備減振與隔振功能；

○ 模擬真實安裝邊界條件（如法蘭連接、支撐方式）；

○ 配備氫氣循環系統（或氮氣替代）、壓力調節閥、流量計、背壓控制單元。

● 測試儀器：

○ 振動傳感器：壓電式加速度傳感器（頻率響應 1 Hz～10 kHz），靈敏度標定有效；

○ 噪聲傳感器：一級精度傳聲器（自由場型），配備防風罩；

○ 數據采集系統：支持多通道同步采集，采樣率 ≥ 10 kHz；

○ 頻譜分析儀：具備FFT、1/3倍頻程、階次分析功能。

● 環境要求：

○ 溫度：15℃～35℃；

○ 相對濕度：≤70%；

○ 背景噪聲：低于被測設備噪聲至少10 dB(A)；

○ 電磁環境：遠離強干擾源，確保信號純凈。

2. 測點布置

● 振動測點：

○ 軸承座附近（水平、垂直、軸向三方向）；

○ 泵體外殼主要結構件；

○ 安裝支腳與基座連接處；

○ 每點采集三向振動數據。

● 噪聲測點：

○ 依據JB/T 8098，采用半球面或六面體測量表面；

○ 距設備表面1米處，均勻布置6～8個傳聲器點；

○ 避開反射面與氣流干擾區域。

3. 測試工況設置

4. 測試參數與指標

● 評價基準：

○ 振動烈度等級參考JB/T 8097，通常要求≤4.5 mm/s（合格級）；

○ 噪聲水平一般要求≤85 dB(A)（距設備1米），特殊應用場景可更嚴。

5. 數據采集與分析流程

1. 啟動前進行背景噪聲與初始振動本底測量；

2. 按設定工況運行設備，待參數穩定后開始采集；

3. 每工況連續采集不少于3分鐘，保存原始波形與頻譜數據；

4. 長期測試中，每24小時記錄一次關鍵指標；

5. 測試結束后進行趨勢分析、異常檢測與故障診斷。

五、可靠性評估與結果判定

1. 判定準則

● 振動方面：

○ 振動速度RMS值未超過標準限值；

○ 無明顯倍頻或邊頻帶特征，表明無軸承或齒輪故障；

○ 長期測試中振動幅值無持續上升趨勢（≤10%波動為正常）。

● 噪聲方面：

○ A計權聲壓級滿足技術協議要求；

○ 無尖銳嘯叫、周期性敲擊聲等主觀可識別異響；

○ 頻譜中無顯著離散頻率峰值（非基頻或其諧波）。

● 結構完整性：

○ 測試后拆檢無裂紋、磨損、緊固件松動等現象。

2. 測試報告內容

● 樣品信息：型號、編號、制造單位、測試日期；

● 測試依據：所執行標準（如JB/T 8097-202X）；

● 測試設備：型號、編號、校準有效期；

● 環境條件：溫濕度、大氣壓；

● 工況說明與測試曲線；

● 原始數據與頻譜圖；

● 評估結論與建議；

● 測試人員與審核人員簽字，加蓋檢測章。

六、測試結果的應用價值

1. 質量控制用于批量產品出廠前的一致性驗證，確保無早期故障風險。

2. 設計優化通過頻譜分析定位主要激勵源，指導結構改進、動平衡優化、減振設計。

3. 故障預警與預測維護建立振動噪聲基線數據庫，用于在役設備狀態監測與剩余壽命預測。

4. 認證與合規滿足整車廠、系統集成商對關鍵部件的NVH與可靠性要求，支持產品認證（如CE、CCC）。

5. 推動技術進步為無油潤滑、高速磁懸浮、智能控制等新型氫氣循環泵的研發提供數據支撐。

七、未來發展趨勢

1. 多物理場耦合測試結合溫度、壓力、電流等參數，構建“振動-噪聲-性能”綜合評估模型。

2. 智能診斷與AI識別利用機器學習算法對振動頻譜進行自動分類，識別早期故障特征。

3. 氫氣環境專項測試在真實氫氣介質中開展測試，研究氫脆、氫滲透對振動特性的影響。

4. 標準體系完善行業正在推進《燃料電池用氫氣循環泵 試驗方法》專項標準制定，未來將明確振動噪聲限值、測點布置、耐久性考核周期等具體要求。

八、結語

氫氣循環泵作為氫能系統中的“心臟”部件，其振動噪聲可靠性不僅影響運行品質，更關乎系統安全與用戶體驗。通過科學、規范、可重復的振動噪聲可靠性測試，結合現行有效標準體系，能夠全面評估產品在真實工況下的長期穩定性。

企業應將該測試納入產品開發V流程的關鍵節點，建立從設計仿真→臺架驗證→批量監控的閉環質量管理體系，推動我國氫能核心部件向高可靠、低噪聲、長壽命方向持續升級，助力氫能產業高質量發展。