羅茨真空泵振動(dòng)噪聲機(jī)理的研究

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1、羅茨真空泵振動(dòng)噪聲機(jī)理的研究　　合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）bookmark0羅茨真空泵振動(dòng)噪聲機(jī)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(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，安合肥230009；2浙江真空設(shè)備集團(tuán)有限公司，浙江臺(tái)州318000）研究是進(jìn)行羅茨真空泵低噪聲設(shè)計(jì)的前提，文章以ZJ-150A羅茨真空泵為研究對(duì)象，綜合采用多種信號(hào)測(cè)試和分析處理方法，分析羅茨真空泵振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，查明了泵體振動(dòng)噪聲在各優(yōu)勢(shì)頻率處產(chǎn)生的原因振動(dòng)的主要激勵(lì)源及其傳遞路徑，為羅茨真空泵的低噪聲設(shè)計(jì)提供了依據(jù)?！　≡谇捌诘难芯亢脱芯康幕A(chǔ)上，采用多種信號(hào)測(cè)試和分析處理的方法，

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

3、21振動(dòng)噪聲機(jī)理分析的理論依據(jù)通過(guò)分析ZJ-150A型羅茨真空泵的結(jié)構(gòu)和抽、排氣工作原理131可知，羅茨真空泵在正常工作運(yùn)行時(shí)，其封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能存在的振動(dòng)激勵(lì)源有：轉(zhuǎn)子不平衡慣性力、軸承激勵(lì)力、齒輪激勵(lì)力及高速冷卻油液沖擊4種I這些激勵(lì)源一方面本身產(chǎn)生一次空氣聲輻射，另一方面激勵(lì)引起的振動(dòng)通過(guò)各構(gòu)件間的聯(lián)接進(jìn)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(jié)構(gòu)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)泵體內(nèi)部空氣稀薄，故其內(nèi)部激勵(lì)源產(chǎn)生的一次空氣聲輻射引起的泵體表面振動(dòng)

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(lì)源傳遞出來(lái)的固體聲引起泵體外殼表面振動(dòng)聲輻射所產(chǎn)生?！　×_茨真空泵表面振動(dòng)與噪聲產(chǎn)生的機(jī)理可用圖所示的一個(gè)多輸入單輸出模型來(lái)描述中X1（/），X2（/），。"，Xq（/）表示各種激勵(lì)力，這些激勵(lì)力作用在泵的結(jié)構(gòu)上；H1（/），H2（/），。"，Hq（/）表示各激勵(lì)源到振動(dòng)表面的傳遞函數(shù)；激勵(lì)傳遞到主要發(fā)聲表面所產(chǎn)生的振動(dòng)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(guān)；M（/）和n（/）分別為振動(dòng)和噪聲測(cè)量時(shí)的隨機(jī)干擾根據(jù)系統(tǒng)中多輸入與單輸出的基本關(guān)系

5、4，并假設(shè)Xi（/）與M（/）N（/）之間

6、互不相關(guān)Jlj測(cè)量的振動(dòng)或噪聲的自譜有其中，上標(biāo)*表示共軛；Svv（/）Spp（/）、S（/）和Snn（/）分別是表面振動(dòng)信號(hào)v（t>結(jié)構(gòu)輻射的噪聲信號(hào)戶⑴和振動(dòng)測(cè)量中的隨機(jī)干擾m⑴或噪聲測(cè)量中的隨機(jī)干擾n⑴的自功率譜；Sx；x（/）包括激勵(lì)輸入的自功率譜（i=j時(shí)）和輸入間的互功率譜（j時(shí)）如果各激勵(lì)信號(hào)xi（t）為彼此不相關(guān)的獨(dú)立輸入，亦即（/）=0（悵j時(shí)），則（1）式和（2）式可寫成由（3）式和（4）式可知，在結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)譜和噪聲譜中都包含著各個(gè)激勵(lì)源的豐富信息，因此可以通過(guò)羅茨泵表面振動(dòng)和噪聲的測(cè)試分析識(shí)別出振動(dòng)噪聲的主要來(lái)源?！　?測(cè)試系統(tǒng)羅茨真空泵振動(dòng)和噪聲

7、測(cè)量系統(tǒng)示意，如所示噪聲信號(hào)由傳聲器BK4155接收，經(jīng)聲級(jí)計(jì)K2230放大，計(jì)權(quán)后以模擬量輸出振動(dòng)信號(hào)由加速度計(jì)BK4384拾取，經(jīng)電荷放大器K2635放大后輸出輸出的振動(dòng)和噪聲信號(hào)經(jīng)模擬低通濾波器濾波后接到信號(hào)處理分析系統(tǒng)的A/D輸入端口，進(jìn)行各種信號(hào)分析與處理調(diào)速電機(jī)在變頻器控制下，不僅可以進(jìn)行額定工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)噪聲測(cè)試分析，也可以使泵在啟動(dòng)時(shí)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)（250s）以恒定的轉(zhuǎn)速間隔升速，以便以等時(shí)間或等轉(zhuǎn)速間隔采樣進(jìn)行振動(dòng)和噪聲的譜陣分析?！　?.由可以看出，轉(zhuǎn)子達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)艄聲的主要頻率成分在u1P-0lefcis620lg近形成1條與時(shí)間軸平行的山脈

8、，蓋加說(shuō)明該頻率處產(chǎn)生的噪聲不隨轉(zhuǎn)速變化，不可能是由與轉(zhuǎn)速有關(guān)的激勵(lì)源所引起，可能與端蓋1的軸向共振有關(guān)，這一點(diǎn)將被后面端蓋1的頻響函數(shù)測(cè)試所證實(shí)?！　×_茨泵的垂直方向測(cè)點(diǎn)的噪聲時(shí)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(shí)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(cè)點(diǎn)上振動(dòng)的時(shí)間譜陣圖，分別為和所示。在530Hz處這2個(gè)譜圖上都有一條與時(shí)間軸平行的“山脈”，同時(shí)在530Hz處的樣值與原點(diǎn)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(shuō)明530Hz處極可能是結(jié)構(gòu)的固有頻率，同時(shí)

9、該頻率處的振動(dòng)是由與轉(zhuǎn)速有關(guān)的激勵(lì)源所引起在1000Hz處并未出現(xiàn)與時(shí)間軸平行的振動(dòng)“山脈”，可看出1000Hz處的振動(dòng)也是由與轉(zhuǎn)速有關(guān)的激勵(lì)源所引起，并且在轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)很快增大由以上測(cè)試分析可知，端蓋1側(cè)面在1620Hz處，端蓋和軸承座在530Hz處的振動(dòng)或噪聲譜陣上均出現(xiàn)一條與時(shí)間軸平行的“山脈”，應(yīng)是結(jié)構(gòu)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(jìn)行頻響函數(shù)測(cè)試以驗(yàn)證之?！　《松w1沿軸向和垂直方向采用錘擊法測(cè)得的頻率響應(yīng)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