滑阀真空泵的冲击前移现象探究

为了进一步研究冲击在滑阀真空泵一开始启动时就跟踪测试泵的振动、噪声和极限压力的变化情况。图1分别是在开泵后的30s,1min,115min和5min时测得的振动波形。
 
       由于试验数据的采集是采用同步脉冲触发,所以图中每个波形的起始位置都相同,且都与图3中的滑阀转子运动位置相对应。
 
 
        图1表明,在开泵以后,所有的冲击都很小,噪声也很小。随着抽气时间的延长,不仅冲击的强度逐渐增大,而且冲击1和2出现的位置也在逐渐提前,冲击的持续时间也逐渐变长。抽气约5min后,这种变化就稳定下来,同时噪声也达到了最大强度。本文将这种变化称为“冲击前移”现象。
 
冲击前移现象解释如下:
 
         在泵的抽气过程中,泵腔内外形成压差,这个压差使得泵油沿界面缝隙进入泵腔,起到油密封与润滑等作用。抽气初期泵腔内外压差较小,进入泵腔的油液较少,故在转子转过较大的转角时,此时排气腔容积已很小,油才能充满整个排气腔。在此之前排气阀已被压缩气体顶开,接着被滑阀转子挤出排气孔,形成很小的冲击,见图5(a)。随着抽气时间的延长,泵腔内外压差增大,进入泵腔的油量增多,在φ较小时,即排气腔容积较大时油液已充满排气腔。在此之前,运动着的前导油气混合物已顶开排气阀片并被挤出排气腔,形成提前出现的强度增大且持续时间增长的冲击。当抽气达到极限真空时,泵腔内外压差相对稳定,进入泵腔的油量也稳定下来,冲击1 和2 的强度不再继续增大,时间也不再提前,噪声也不再继续增大。
 
        由于排气阀关闭后,残余油液的内冲和滑阀杆进气口与吸气腔连通时形成的,它们出现的时刻由转子的某一固定位置决定,故它们不会出现提前现象,但在泵腔内外压差增大时,这两个冲击的强度也会有所增大。
 
       在滑阀泵的转子运动一周的过程中,泵体会受到四次较大的冲击。随着抽气时间的延长,真空度的提高,进入泵腔油液增多,使得这些冲击逐渐变大,尤其是向排气口外喷出的高速油液形成的冲击更为突出,从而产生很大的噪声。因此在降低滑阀真空泵冲击噪声的工作中,首先应减小高速油液外冲的影响;同时,为了进一步降低噪声,也不能忽略其他几种冲击的影响。为此,提出以下较为合理的措施:
 
     (1) 在不影响泵抽气性能的前提下,尽量减少向泵腔内的供油量。
 
     (2) 排气阀片宜采用弹性较好的材料,以用于吸收部分冲击能量,如Leybold公司所采用的片状弹性排气阀片。
 
     (3) 将滑阀杆根部进气口的形状由突变形状改为渐变形状。
 
     (4) 对承受直接冲击的排气罩用高阻尼材料制作,其结构尺寸宜按消声原理进行设计。对此将另撰文说明。
 
     (5) 泵体的排气孔宜设计得通畅合理,以免让冲击直接作用在具有较大声音辐射面的泵体上。
 
     (6) 降低泵的工作转速也可以减小冲击能量,但这会同时降低泵的抽气速度。
 
      对H2150型滑阀泵重新设计的样机表明,在综合采取以上措施后,泵的噪声功率降为8114dB(A),进气口处振动为01045mm ,并且泵的极限压力和抽气速率都有大幅度提高。