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微型泵噪声讲解以及如何控制

新闻来源: 发布时间:2012-7-23 15:00:59 游览次数:5300

噪声污染是环境污染的一种,与水污染、大气污染、固体污染是世界范围内最主要的环境问题。从物理学上讲,噪声是发生体做无规则振动时发出的声音,通过空气或其他弹性介质传到人耳。从生理学上讲,凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听的声音产生干扰的声音都是噪声。人耳可以听到的频率是20Hz~20000Hz。噪声会引起人烦躁,降低工作效率,危害人身体和心理健康,各国对于噪声的控制越来越重视。微型泵是仪器仪表的常用部件,广泛运用于科研、医疗领域。科研、医疗单位对于噪声控制要求较为严格。例如我国医院管理标准要求手术室噪声不高于38dB。而医疗器械是手术室主要的噪声源,有的呼吸机、吸引器噪声高达七十多dB。减少手术室的噪声污染是现代医学发展的必然。微型泵也是几乎所有实验室都会具备的常用设备。随着客户对于泵的噪声问题日益重视,降低微型泵的噪声已经成为生产厂家重要的努力方向。

隔膜泵是微型泵的一种,它是利用电机驱动薄膜往复运动产生真空,从而吸入和压出流体。微型泵效率高;运动机构与输送介质完全隔离、对介质无污染;非动密封,无泄漏;可靠性好;体积小、重量轻;不怕空转;无需润滑保养;自身噪音低。微型真空水泵在抽水使用时,无需灌泵,启动后立即吸水排水,既能抽气又能抽水,无水时也不怕干转。微型泵的诸多优点使它在仪器仪表行业得到了广泛运用。

从源头上看,微型泵的噪声主要分为:流体动力性噪声、机械运动部件的机械性噪声和电机噪声三部分。

流体动力性噪声是由于微型泵工作时,连续产生流体压力的脉冲,从而激发泵体、阀和管道等部件振动向外界辐射出的噪声。经爱家康公司研究人员实测,流体动力性噪声是微型泵的最主要噪声。微型泵的流体动力性噪声属于中、低频噪声。微型真空气泵吸气时,进气阀开启,出气阀关闭,空气被吸入泵腔,进气口和阀腔内产生剧烈的压力波动,气体的压力波动以声波的形式从进气口辐射出来,形成进气口噪声。进气口噪声是宽频带连续谱,其基频可用公式f=2n/60(n为每分钟转速)计算。除了基频外还有高频谐波,但高频谐波声级比基频声级要低。转速越高,真空度越大,流量越大,进气口噪声越大。排气时,进气阀关闭,出气阀开启,空气膨胀,气流迅速流经出口处产生声波形成排气口噪声。排气口噪声也是一种宽频带连续谱。转速越高,压力越大,流量越大,排气口噪声越大。连接长的塑料管后进气口和排气口噪声会有下降。微型真空水泵噪声产生的原因比较复杂。由于泵腔内压力的周期性波动,水不稳定流动产生大量涡流,水流对薄膜、泵腔和阀门的压力快速变化以及水流与泵体摩擦产生噪声。特别是当水温较高、泵的真空度较低时,在吸入行程泵腔内的压力可能低于水在该温度下的饱和蒸汽压,水会发生汽化,产生大量的气泡,形成流态很复杂的两相流。泵的压缩行程时,在较高压强的作用下,气泡迅速破灭,以至气泡周围的水以很大的速度冲向气泡中心,从而产生高频率、高冲击力的水击,不断打击泵内部件。泵就出现振动和噪声,这种现象称为气蚀。气蚀发生在固体边界上,是在高压区内气穴迅速破灭所产生的冲击力对固体边界不断作用的结果。气蚀危害较大,会损坏部件,降低效率,并产生振动和噪声。微型真空水泵产生的噪声属于低频噪声。流体动力性噪声是由真空泵工作原理决定的,改进泵体设计可以起到降噪作用,但这种主动式降噪的效果离人们的期望还有距离。

机械性噪声不是微型泵噪声的主要来源,它产生于泵内部薄膜的振动、轴承摩擦、曲轴和连杆的偏心运动、单向阀的撞击等。这类噪声带有随机性,呈现宽频特性。在主动降噪方面,需要对材质选择、设计、部件加工精度、平衡性等方面加以改进。

电机也是微型泵的主要噪声源,电机噪声大致有三类:一、电磁噪声,二、机械噪声,三、空气动力噪声。电磁噪声主要是电机中周期变化的径向电磁力或不平衡的磁拉力使铁心发生磁致伸缩和振动所引起。电磁噪声还和定子、转子本身的振动特性相关。当激振力和固有频率共振时,即使电磁力很小也会产生很大的噪声。为减少电磁噪声,应尽量采用正弦绕组,减少谐波成份;选择适当的气隙磁密;选择合适的槽配合;采用转子斜槽;定、转子磁路对称均匀,迭压紧密;应注意定、转子的圆度与同轴度;注意避开它们的共振频率。为了避免电磁力与机壳共振,可采用适当的弹性结构。机械噪声是电机噪声最主要部分,来源于轴承噪声、转子不平衡及装配偏心等。碳刷也会产生振动而引起噪声。为了减少机械噪声,一般应采用密封轴承,防止杂物进入。轴承滚珠、内圈、外圈的机加工一定要达到设计要求,应有严格的退磁清洗工序。润滑脂一定要清洁。轴承外圈与轴承室的配合、内圈与轴的配合一般不宜太紧。为消除转子的轴向间隙,必须对轴承施加适当的压力。对于噪声要求特别严格的电机,宜选用低噪声轴承。当负载不太大时,可采用含油滑动轴承,它比同尺寸的滚动轴承的噪声有时可低10dB左右。充足的轴承油能有效降低噪声。转子的加工精度必须达到设计要求。对于速度较高的转子必须校动平衡。可采用无刷电机消除电刷噪声。空气动力噪声是电机带的冷却风扇造成的。电机铁壳越厚,振幅越小,能吸收振动能量,屏蔽声音传播。 经实验,如果铁壳增厚不多,对dB改善不明显。

除了以上微型泵的噪声源外,使用时连接的管道系统也可能产生较大噪声。流体在管道内快速流动时,周期性的压力脉动、流体与管壁摩擦产生的噪声穿透管壁传播到外界。尤其是排气的脉动,向下游排放的过程中它会激励管道系统,形成多个噪声源。泵体的振动还会直接传递到管道。在泵进出口用软管连接能减小泵体对管道传播的振动。管道噪声主要和压力波动的大小、频率、流体的性质和流速流态,还和管道材质、阻力元件有关。降低管道内速度是控制噪音很有效的方法。增大壁厚也能降低噪音,当然会付出成本代价。

在生产实践中,噪声一般用吸声、隔声和消声3种办法来控制。吸声是部分声波能量被物体吸收转化为其他能量而降低噪声,这种技术主要用于室内空间。隔声是把产生噪声的机器设备封闭在一个小的空间,或把噪声源与支架的连接由刚性连接改为弹性连接,使噪声在传播过程中受到很大的衰减或使物体的振动减小。隔声屏障和隔声罩是主要的两种隔声设计。消声器是一种既能使气流通过又能有效地降低噪声的设备。消声器主要分为:阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、小孔消声器和有源消声器这六大类。阻性消声器是利用多孔吸声材料来降低噪声的,把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列。抗性消声器是通过管道截面的突变处或旁接共振腔等引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉,从而降低由消声器向外辐射的声能。阻抗复合式消声器是将阻性消声器和抗性消声器的消声原理通过适当结构组合而成,兼有两者的消声特性。微穿孔板消声器的孔径在1mm以下,其声阻比一般穿孔板大大增加,低的孔隙率能增加吸声频带的宽度,合适的板后深度能改善共振吸声峰的位置。小孔消声器是使气流经过小孔,喷气噪声的频谱会移向高频,使频谱中的可听声成分降低,从而减少噪声对人的干扰和伤害。 有源消声器是用电脑控制电子发声器产生一种与需消噪声的频率、强度相合,但相位相反的干涉声波来消除噪声。消声器常用来降低各种空气动力设备的进出口或沿管道传递的噪声。

国内微型泵行业的领跑者AJK水泵多年微型泵开发经验,依托国家级空气动力研究机构和大学的技术力量,不断优化泵体结构设计,选用高品质材料,制造过程中严格控制加工精度、减小配合间隙,有效降低了微型泵的噪声。特别是最新研发的长寿命、可调压微型泵,有调压真空泵、调压气泵(抽气打气两用)、调速水泵(抽水抽气两用)诸多型号,率先采用了先进的进口无刷电机,不仅具有长寿命、无杂波干扰、能方便可靠调节流量、能输出转速反馈信号等优点,而且消除了电刷噪声。优质的进口无刷电机噪声显著低于原有电机。无刷电机微型泵配有可旋转的柔性减振支架,隔绝泵体的振动并方便用户的安装。“AJK”公司还设计了微型泵专用消声器,运用先进的多重消声原理,压力损失小,降噪效果好。在泵的进、出口都安装专用消声器则效果更佳。用户在使用微型泵时,整个系统的噪声还与气路上的所有元件都相关。在允许条件下降低管道内流速能有效地降噪。使用“AJK”调速泵可以根据需要灵活地调节泵转速和流量,降低噪音。还可以在管路中安装缓冲罐,消除管路内压力和流量的脉动,减小管路振动,降低系统噪音。在微型气泵的排气口或抽气口接长一点的管道,并且故意弯曲、盘绕,试验改变内径等方法都可以改变噪声的大小、频率,除了降低噪声的强度外,改变它的频率也可以使噪声听起来不那么难受。实际使用中用户的管道系统各不相同,需要对气路系统整体调试才能得到最好的降噪效果。