羅茨真空泵振動噪聲機理的研究

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1、羅茨真空泵振動噪聲機理的研究　　合肥工業(yè)大學學報（自然科學版）bookmark0羅茨真空泵振動噪聲機理的研究陳曉東陳心昭陸益民劉正士張寶夫（1.合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安合肥230009；2浙江真空設備集團有限公司，浙江臺州318000）研究是進行羅茨真空泵低噪聲設計的前提，文章以ZJ-150A羅茨真空泵為研究對象，綜合采用多種信號測試和分析處理方法，分析羅茨真空泵振動噪聲產(chǎn)生的機理，查明了泵體振動噪聲在各優(yōu)勢頻率處產(chǎn)生的原因振動的主要激勵源及其傳遞路徑，為羅茨真空泵的低噪聲設計提供了依據(jù)?！　≡谇捌诘难芯亢脱芯康幕A上，采用多種信號測試和分析處理的方法，

2、研究羅茨泵振動和噪聲產(chǎn)生的機理，即查清引起泵體表面振動和聲輻射的主要激勵源及其傳遞途徑，為羅茨真空泵的低噪聲設計提供依據(jù)

3、21振動噪聲機理分析的理論依據(jù)通過分析ZJ-150A型羅茨真空泵的結構和抽、排氣工作原理131可知，羅茨真空泵在正常工作運行時，其封閉結構內部可能存在的振動激勵源有：轉子不平衡慣性力、軸承激勵力、齒輪激勵力及高速冷卻油液沖擊4種I這些激勵源一方面本身產(chǎn)生一次空氣聲輻射，另一方面激勵引起的振動通過各構件間的聯(lián)接進行傳遞，形成所謂的“固體聲”傳遞由于羅茨真空泵為全封閉結構，機組運行穩(wěn)定時泵體內部空氣稀薄，故其內部激勵源產(chǎn)生的一次空氣聲輻射引起的泵體表面振動

4、是非常微弱的，羅茨真空泵向外部空間輻射的噪聲主要是由激勵源傳遞出來的固體聲引起泵體外殼表面振動聲輻射所產(chǎn)生?！　×_茨真空泵表面振動與噪聲產(chǎn)生的機理可用圖所示的一個多輸入單輸出模型來描述中X1（/），X2（/），。"，Xq（/）表示各種激勵力，這些激勵力作用在泵的結構上；H1（/），H2（/），。"，Hq（/）表示各激勵源到振動表面的傳遞函數(shù)；激勵傳遞到主要發(fā)聲表面所產(chǎn)生的振動為Vf），并由此產(chǎn)生的輻射噪聲p（/）還與該表面的聲輻射效率e/）有關；M（/）和n（/）分別為振動和噪聲測量時的隨機干擾根據(jù)系統(tǒng)中多輸入與單輸出的基本關系

5、4，并假設Xi（/）與M（/）N（/）之間

6、互不相關Jlj測量的振動或噪聲的自譜有其中，上標*表示共軛；Svv（/）Spp（/）、S（/）和Snn（/）分別是表面振動信號v（t>結構輻射的噪聲信號戶⑴和振動測量中的隨機干擾m⑴或噪聲測量中的隨機干擾n⑴的自功率譜；Sx；x（/）包括激勵輸入的自功率譜（i=j時）和輸入間的互功率譜（j時）如果各激勵信號xi（t）為彼此不相關的獨立輸入，亦即（/）=0（悵j時），則（1）式和（2）式可寫成由（3）式和（4）式可知，在結構表面振動譜和噪聲譜中都包含著各個激勵源的豐富信息，因此可以通過羅茨泵表面振動和噪聲的測試分析識別出振動噪聲的主要來源。　　2測試系統(tǒng)羅茨真空泵振動和噪聲

7、測量系統(tǒng)示意，如所示噪聲信號由傳聲器BK4155接收，經(jīng)聲級計K2230放大，計權后以模擬量輸出振動信號由加速度計BK4384拾取，經(jīng)電荷放大器K2635放大后輸出輸出的振動和噪聲信號經(jīng)模擬低通濾波器濾波后接到信號處理分析系統(tǒng)的A/D輸入端口，進行各種信號分析與處理調速電機在變頻器控制下，不僅可以進行額定工作轉速下的振動噪聲測試分析，也可以使泵在啟動時在設定的時間內（250s）以恒定的轉速間隔升速，以便以等時間或等轉速間隔采樣進行振動和噪聲的譜陣分析。　　3.由可以看出，轉子達到穩(wěn)定工作狀態(tài)時艄聲的主要頻率成分在u1P-0lefcis620lg近形成1條與時間軸平行的山脈

8、，蓋加說明該頻率處產(chǎn)生的噪聲不隨轉速變化，不可能是由與轉速有關的激勵源所引起，可能與端蓋1的軸向共振有關，這一點將被后面端蓋1的頻響函數(shù)測試所證實?！　×_茨泵的垂直方向測點的噪聲時間譜陣圖，如所示。由可以看出，在530Hz附近始終保持著很大的峰值，也形成一條與時間軸平衡的“山脈”，但在1620Hz處，卻未見明顯的峰值?！　《松w和軸承座在垂直方向測點上振動的時間譜陣圖，分別為和所示。在530Hz處這2個譜圖上都有一條與時間軸平行的“山脈”，同時在530Hz處的樣值與原點之間的徑向有一系列規(guī)律的峰值出現(xiàn)，并在530Hz附近突然增大，說明530Hz處極可能是結構的固有頻率，同時

9、該頻率處的振動是由與轉速有關的激勵源所引起在1000Hz處并未出現(xiàn)與時間軸平行的振動“山脈”，可看出1000Hz處的振動也是由與轉速有關的激勵源所引起，并且在轉速接近穩(wěn)定工作轉速時，振動很快增大由以上測試分析可知，端蓋1側面在1620Hz處，端蓋和軸承座在530Hz處的振動或噪聲譜陣上均出現(xiàn)一條與時間軸平行的“山脈”，應是結構的固有特性所致，為此在羅茨泵的端蓋、軸承座和腔體上分別進行頻響函數(shù)測試以驗證之?！　《松w1沿軸向和垂直方向采用錘擊法測得的頻率響應函數(shù)，分別為和所示。由和可以看出，在1620Hz和530Hz頻率處出現(xiàn)突出