罗茨真空泵噪声源测试原理及系统

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)合肥工业大学机械与汽车学院 作者:陈晓东

      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ZJ2150A 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。

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 :

        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{Gp1 p2(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,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。

       测量系统采用本单位研制的声强测试分析系统 ,原理框图见图1。

 

图1  测量原理图

          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 =12cm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。

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