罗茨真空泵噪声机理探讨

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广东真空设备厂股份有限公司 作者:龙启强

  在简要地介绍了罗茨泵工作原理的基础上, 通过对罗茨泵主要零部件的分析, 以及在使用不同轴承时产生噪声的原因进行了探讨。提出降低上述噪声的相应措施。同时对罗茨泵机体发热也作了简要的说明。

  罗茨真空泵(简称罗茨泵) 是一种无内压缩的旋转变容式真空泵。其抽气过程如图1 所示, 在泵腔内有两个形状对称的转子, 转子形状有两叶、三叶和四叶的。两个转子彼此朝相反方向旋转。由轴端齿轮驱动同步转动。转子彼此无接触, 转子与泵腔壁也无接触, 其间通常有0.15~ 1.0 mm 的间隙, 泵壁靠间隙来密封。通常间隙的改变也是导致噪声产生的主要原因, 而传动齿轮间的齿隙是齿轮箱发热的直接原因。发热的同时也会产生噪声。两者关系密不可分。

1、噪声的成因和降低措施

  罗茨泵的噪声, 通常指泵在运转稳定时测得的噪声级。它包括泵本身的噪声和电机的噪声。就发声的部位来分, 泵的噪声有下列几个可能方面。

  ① 轴承噪声;

  ② 齿轮噪声;

  ③ 转子与侧盖间隙的改变, 导致转子与侧盖磨擦产生的噪声以及由此产生气流的噪声。分述如下。

罗茨真空泵原型图

PA. 吸入压力 PB. 出口压力 V 2. 泵腔容积

图1 罗茨真空泵原型图

  ① 轴承及齿轮除本身制造误差导致产生的噪声外, 其实最主要的噪声是由于泵的定子、侧盖、轴承座的制造误差的累积。反映在轴承上是两端轴承的同轴度变大。如图2 所示。

  由于泵体两端面的平行度误差, 侧盖端面与承座内孔的垂直度误差, 轴承座内孔与外圆的同轴度误差, 以及侧盖与定子定位时的位置误差。最终结果反映在轴承上是前后轴承内孔出现误差累积。即转子轴出现图3(b)情况: 轴承受力不平衡, 造成转子轴扭曲变形, 转子震动, 轴承发热且出现噪音。双列轴承出现该现象更为明显。因为单列轴承较薄, 在限制轴的转动自由度时并没有双列轴承强烈。如图3(c)。

泵的剖面图

1. 前端盖 2. 传动齿轮 3. 轴承座 4. 轴承 5. 前侧盖 6. 泵体 7. 转子 8. 后侧盖 9. 甩油盘 10. 后端盖 11. 笼型支架 12. 联轴器 13. 电动机

图2 泵的剖面图

泵端面与轴承内孔的垂直度误差

图3 泵端面与轴承内孔的垂直度误差

  我公司曾经做过类似试验。在5 台ZJP-1200 罗茨泵刚性支点端上装上日本产的双列深沟球轴承,浮动支点端装上进口滚子轴承, 噪声较大, 平均为85.7dB (A) ; 把刚性支点端的双列深沟球轴承换下, 再装上德国产的(价格比日本产的高1 倍) , 噪声比日本产的稍大, 平均为86.3dB (A) , 原因是德国产的轴承精度更高, 对零部件误差的累积更明显。把两端的轴承卸下, 换上单列深沟球轴承, 震动减小,噪声明显降低, 平均为82.7dB (A)。然后我们在零部件的制造工艺上进行改进, 选用专用设备加工主要零件, 对轴承座进行磨削加工, 以减小制造误差,结果装上双列轴承的罗茨泵噪声也降低了, 平均为82.3dB (A)。这一结果充分说明了主要零部件的加工精度对罗茨泵的噪声级产生决定性的影响。

  ② 齿轮产生的噪声与轴承产生噪声的原因基本相同。但与齿轮本身的制造精度关系更大, 由于齿轮的外齿与内圆的同轴度存在误差, 当一对齿轮在相互啮合时会出现一部分齿啮合较紧, 即相互间的齿隙太小, 而与其相对的一部分较松。出现该种情况可以把其中一个齿轮卸下, 把该齿轮沿转子轴旋转180 度再装上, 把齿轮的外齿与内圆的同轴度误差相互抵消, 可以使齿轮相互间的间隙均匀, 即可有效消除齿轮啮合时的噪声。减少齿轮发热。但如果是齿轮的齿本身的加工精度达不到要求, 用这种方法也是解决不了的。只有提高齿轮的本身加工精度, 才是降低罗茨泵噪声的有效措施。

  ③ 在罗茨泵工作压缩过程中产生的热量被传到转子和泵体上。转子很难将热量传至泵外, 而泵体的热量很容易被散失到周围大气中。因而转子与泵体间就出现温差。加剧了转子的热膨胀。当泵负荷增大时(即泵的进出气口压差超过允许压差) , 转子膨胀会消失间隙, 使转子与侧盖相互磨擦, 加大热膨胀, 直至被卡死。

  若转子在运转过程中不能被卡住, 故在型线设计时, 要求转子之间, 转子与泵腔之间, 转子与端盖之间必须规定有间隙, 以补偿真空泵的制造和装配的不精确以及受热引起的变形等, 而且转子形状对称, 动平衡性能良好, 能够有效减小震动噪声及发热。

  规定了泵的整机噪声。电机噪声必须低于此声级, 因为两声源很近, 因此要求电机噪声低于整机噪声3~4dB (A) 是完全必要的。要想达到国际先进水平, 更需如此。

2、结束语

  罗茨泵的噪声与发热关系密不可分。但都与罗茨泵的主要零部件有关。选用加工中心及专用设备加工泵的主要零部件, 可减小其误差累积, 保证几何精度, 提高产品的质量及互换性。特别是提高齿轮加工精度, 选用进口轴承, 能够有效降低泵的噪声及发热, 使罗茨泵的综合性能得到提高。

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