在众多真空获得设备产品中,罗茨真空泵以其结构紧凑、抽速大、对环境要求不苛刻、维护费用低等特点被广泛地使用。但是多年来,国内罗茨真空泵的振动、噪声较国外产品仍有一定的差距。为满足社会对生活和工作环境日益增高的要求以及增强罗茨真空泵在国内外市场的竞争能力,设计和生产低噪声罗茨真空泵具有较大的社会和经济效益。要降低罗茨真空泵的噪声,首先要对各部件所辐射的声功率进行分离排队,查找主要声源和其对总声能量的贡献;同时,确定主要声源的声辐射部位。在本研究工作中,以zj-150a罗茨真空泵为研究对象,采用声强测量技术进行声源的识别和定位,为进一步对该产品的噪声机理研究和低噪声设计提供依据。
1 测试原理及系统
1·1 声强测量原理
双传声器互谱声强测量技术自80年代问世以来,因其可在普通环境下近场进行声源声功率测试和声源定位,得到越来越广泛的应用。所谓声强,是声场中任一点处在单位时间内穿过与能流方向垂直的单位面积的声能,即单位面积的声功率。通常所说的声强是时均声强,其定义为:
式中p(t)为声压;u(t)为声质振动点速度,t为时间。
利用双传声器互谱可得到空间中任一点处的声强值[1,2]
式中gp1p2(f)为双传声器测得的声压信号p1(t)和p2(t)的互谱密度函数,im{gp1p2(f)}表示取其虚部,ρo为空气密度,f为频率,δr为双传声器间的距离。
由于声强是个矢量,对被测设备或部件通过测量选定假想封闭包络面上的声强可计算出封闭包络面内声源辐射的声功率,且不受外部声源的影响。
式中w为封闭包络面内声源辐射的声功率;in为封闭包络面s上的法向声强。
实际测量时,常采用离散点法[3],即在封闭包络面上选取适当数量的测点测取法向声强后计算声功率,并可得到声源辐射功率的各种计权窄带频谱图形。由此可见,利用声强测量技术,可以测量机器整体或部件辐射声功率的大小,从而实现机器各噪声源的分离和排队。
同时,为了寻找设备结构设计的薄弱部位,可以对整机或部件选取适当的测量面,将测量面划分成二维网络,测量各网络测点处的法向声强值,通过拟合计算得到随表面位置分布的反映声辐射高低的三维声强图形和等声强线图形,进而进行准确的声源定位。
测量系统
系统由一面对面的双传声器及前置放大器构成的声强探头,包括全程控化的电压放大器、低通滤波器、极化电压发生器、a/d转换器的多功能卡与微机构成。二个相距δr=12 cm的传声器分别拾取空间相邻测点的声压信号p1和p2,声压信号经放大、滤波后进行数字采集,由声强分析程序计算各个测点的声强值,然后由声功率分析程序和空间声场分析程序计算被测包络面内声源的声功率或被测表面上的三维声强谱图和等声强线图。
2 罗茨真空泵的噪声源排队
驱动电机通过一梅花形联轴器与转子i连接,电机以悬臂形式外挂在端盖ⅱ的联轴器支架上。一对支脚固定在泵的壳体上,并通过支座安装在机架上。端盖、壳体、转子和轴承座全部为铸铁件,壳体上方正中为进气口,与被抽系统相连,下方为排气口,与前级真空泵相接。罗茨泵工作时,在泵腔内的,二个相互垂直的“8”字形的转子由传动比为1的一对斜齿轮带动作反向同步高速旋转,被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的封闭空间内,再经排气口排出。泵体的外表面由5个部件组成一上、下表面近似于平面,两侧为半圆面的全封闭曲面。
罗茨泵的噪声来源于电机噪声、泵体辐射噪声、联轴器噪声和支架辐射噪声。分别对罗茨泵连同支架、罗茨泵(泵体+电机)、泵体、电机选取不同的包络面进行声强法声功率测试。测量面的选择、测点数目、系统的精度都满足iso9614-1的要求。测得的各部件声功率级(a计权)结果见表1。
分别为罗茨真空泵泵体和电机的a计权声功率窄带频谱图形。由图可知,泵体噪声主要分布在370~1700 hz频率范围内,并有三个突出的频率峰值,分别为530,1000和1620 hz;电机噪声无明显的优势频率,各峰幅值较小,但频率分布范围较宽。根据声功率级测量结果和对声功率谱图的分析,可得出以下几点结论。
(1)按各部件辐射噪声声功率大小排列依次为:支架、泵体、电机。
(2)在支架和泵体间若未采取任何隔振措施时,支架辐射的声功率远大于罗茨泵辐射的声功率,因此当使用支架支撑罗茨泵时,需要采取隔振措施。
(3)罗茨泵(泵体+电机+联轴器)噪声的能量主要集中在370~2700 hz之间,噪声优势频率为530,1000和1620 hz。其中泵体声辐射是罗茨泵最主要的噪声源,其噪声频率主要分布在370~1700hz频率范围,罗茨泵的三个优势频率主要来自泵体,它们的噪声能量占总能量的70%以上。
(4)电机噪声是罗茨泵整体降噪不容忽视的因素。当电机使用风扇和风罩时,罗茨泵声功率增加约0·7db。它们在1700 ~2700 hz范围的贡献尤为明显
(5)梅花形结构的联轴器在高速旋转时引起周围空气扰动而诱发空气声,并通过开口处向外辐射,因其辐射,罗茨泵的声功率级约增加0·5db。
3 泵体声源定位
由前面的测试分析可知,泵体的声辐射对罗茨泵总噪声贡献最大。泵体的噪声主要是由泵体封闭外壳的声辐射所引起,530,1000,和1620 hz是其声辐射的优势频率,见图3,因此这三个频率产生辐射的原因和部位是研究的关键问题。
为查清泵体外壳噪声辐射的分布情况,在距离端盖i外侧面6cm处取一长36cm,高24cm的测量面,将测量面划分成12×8网格,测取各网格中点的法向声强值,可计算出端盖工侧表面辐射的声功率谱,见图5。同时通过插值拟合计算并绘出该表面声辐射的三维声强谱图,见图6。
由图5和图6可见:①端盖i侧面最大声辐射部位在其中部,并沿着径向逐渐减弱,其声强等值线图近似为以端盖中点为圆心的同心圆。②端盖i侧面辐射声功率为70·3db,辐射噪声的主要能量集中在1620hz附近,与罗茨泵整体声功率谱中1620 hz处有很好的对应关系;在530和1000hz处虽也有峰值存在,但较1620hz处的能量要小得多。
图7和图8是距泵体柱状外表面10cm的测量面(外表面展开后得到)的三维声强谱图和等声强线图。由图中可见:①泵体上、下面的辐射效率远大于两侧的圆弧面,上、下面声辐射的高低依次为进气口法兰表面,端盖ⅰ和端盖ⅱ上、下面,轴承座ⅰ及轴承座ⅱ上、下表面。②由网格上测点的声强谱知,泵体外侧表面声辐射的主要频率成分是530和1000hz;除在端盖ⅰ附近外,其它测点在1620 hz未见峰值。③在靠近联轴器开口处测点的声强值陡然增大,说明联轴器开口处存在较强的声辐射。
4 结论
由以上的实验可得出如下结论:
(1)罗茨真空泵的噪声是由多构件振动声辐射共同产生的,各声源对总噪声贡献大小依次为支架、泵体、电机和联轴器。
(2)支架因泵体的振动传递而产生强烈的振动并辐射出很大的噪声,通过隔振可有效减小支架的振动声辐射。
(3)排除支架噪声辐射后,泵体是最主要的噪声源,且其噪声是由泵体表面声辐射所产生。辐射噪声的优势频率为530,1000及1620hz。其中1620hz处的噪声由端盖ⅰ侧表面辐射产生;530和1000 hz处的噪声主要由泵体上、下表面辐射产生,尤以端盖ⅰ上、下表面最为突出。
(4)电机噪声相对泵体而言并无非常突出的峰值,但在较宽的频率范围都有能量分布。其声功率级仅比泵体小2db,是罗茨真空泵整体降噪不容忽视的声源,最终将影响到整机降噪效果。

关键词：真空泵  罗茨真空泵
注：以上咨讯由浙江南光泵业有限公司整理发布 转载请注明来源：http://www.chinazjng.com