在2025年，葉片泵行業(yè)正面臨著諸多變革與發(fā)展。隨著各行業(yè)對設(shè)備運行穩(wěn)定性和低噪音環(huán)境要求的不斷提高，葉片泵的噪音控制成為了行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵趨勢之一。據(jù)《2025-2030年全球及中國葉片泵行業(yè)市場現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報告》相關(guān)市場調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，在過去的幾年中，因噪音問題導致葉片泵產(chǎn)品退貨率逐年上升，約有30%的用戶明確表示噪音水平是他們選擇葉片泵產(chǎn)品的重要考量因素。這一數(shù)據(jù)充分凸顯了降低葉片泵噪音在當下市場環(huán)境中的緊迫性和重要性。

  葉片泵作為容積變化式氣體輸送真空泵，在眾多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其工作原理是利用轉(zhuǎn)軸和在轉(zhuǎn)軸槽內(nèi)不斷移動的葉片的旋轉(zhuǎn)運動來獲得所需的真空環(huán)境。例如，以具有3個葉片的葉片泵為例，3個呈120°角度依次排列的葉片把泵內(nèi)表面、轉(zhuǎn)軸外表面和端部圍成的區(qū)域分成 A、B、C 三部分空間，其中空間 B 與進氣口相通，空間 C 與排氣口相通。在工作過程中，主要分為吸氣、排氣和壓縮三個階段。然而，隨著葉片泵應(yīng)用場景的不斷拓展，其噪音問題愈發(fā)受到關(guān)注。過高的噪音不僅危害車間人員的聽力和身心健康，長期處于高噪音環(huán)境下還可能對人的神經(jīng)系統(tǒng)造成損害。因此，有效降低葉片泵的噪音成為了行業(yè)亟待解決的重要課題。

  一、葉片泵噪音來源剖析

  葉片泵的噪音主要來源于葉片與泵腔的摩擦、排氣過程以及軸承運轉(zhuǎn)等方面。其中，排氣噪音尤為突出，主要產(chǎn)生于兩種工況。其一，氣流與固體結(jié)構(gòu)的耦合作用致使結(jié)構(gòu)振動發(fā)聲;其二，氣體在渦流過程中引發(fā)的壓力或速度脈動產(chǎn)生噪音?；诖?，本研究旨在通過對渦流引起的壓力或速度脈動進行流場仿真，并結(jié)合聲學仿真，對葉片泵的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和改進，以實現(xiàn)降低噪音的目標。

  二、基于優(yōu)化流道形狀的葉片泵降噪方案

  (一)降噪方案詳述

  利用三維建模軟件 Solidworks 構(gòu)建葉片泵的排氣流道內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，該模型存在 1 和 3 兩個狹窄空間。為防止極限真空狀態(tài)時油箱中的油液返回泵內(nèi)，在 1 和 3 之間設(shè)置了一個內(nèi)部與泵腔相通的防返油間隙 2，其內(nèi)部直徑為 ?3mm，外部直徑為 ?6mm。

  一般而言，氣動噪音由氣體渦流產(chǎn)生的速度和壓力脈動引起，噪音數(shù)值隨氣體渦流的降低而減少。在優(yōu)化設(shè)計前，排氣流道結(jié)構(gòu)較為復雜，右側(cè)排氣空間狹窄，氣體經(jīng)過時易產(chǎn)生較大渦流，從而發(fā)出噪音。為降低噪音，對內(nèi)部流道進行優(yōu)化，主要有以下兩個方案：

  方案 1：取消模型空間 1，在原位置補平的結(jié)構(gòu)上加工出大小相同的防返油間隙;將空間 2 前側(cè)凹凸部分優(yōu)化成直線，并去掉空間 2 后側(cè)的拔模結(jié)構(gòu);將模型中央下凹部分的兩側(cè)與限位板邊緣區(qū)域加工成過渡圓角，以改善氣體流動。

  方案 2：將空間 1 和 2 都補平，在原位置加工出相同大小的防返油間隙;將模型中央下凹部分的左側(cè)與限位板邊緣區(qū)域削成一個過渡圓角，以此改善氣體流動。

  (二)降噪效果對比分析

  對兩種降噪方案進行比選，設(shè)置了多個對比項，包括原模型、原模型(無防返油間隙)、方案 1(無防返油間隙)、方案 1(有防返油間隙)以及方案 2(有防返油間隙)。

  以組 1(原模型)為例，利用 CFX 流場仿真軟件進行流場仿真處理后，得到垂直于泵腔軸線且過排氣孔中心的一個截面的壓力云圖和速度云圖。將各組對比項獲得的流場仿真結(jié)果文件導入 Virtual.LabAcoustic 軟件后進行傅里葉變換，再進行聲學有限元仿真，從而獲得聲功率級頻率響應(yīng)曲線。

  通過對比不同組別的聲功率級頻率響應(yīng)曲線發(fā)現(xiàn)，原模型中的防返油間隙在一定程度上對降噪有影響。例如，組 1 和組 2 的對比表明，防返油間隙影響了模型的聲學模態(tài)分布。組 1 和組 4 的對比顯示，方案 1 可以有效降低 1000 - 5000Hz 區(qū)間的噪音，但對 0 - 500Hz 區(qū)間降噪不明顯，且在 500 - 1000Hz 區(qū)間的個別區(qū)域噪音略有提高。組 4 和組 5 的對比則表明，在大部分頻率區(qū)間，方案 2 降噪效果稍優(yōu)于方案 1，僅在個別頻率區(qū)間方案 1 降噪效果優(yōu)于方案 2。

  (三)試驗驗證結(jié)果

  采用數(shù)字噪音計對葉片泵排氣過程中的噪音進行測試，選擇合適檔位測量，待數(shù)值穩(wěn)定后讀取噪音值。試驗結(jié)果顯示，原模型噪音值為 47dB，原模型(無防返油間隙)噪音值為 50dB，方案 1(無防返油間隙)噪音值為 35dB，方案 1(有防返油間隙)噪音值為 37dB，方案 2(有防返油間隙)噪音值為 33dB。綜合噪音仿真和試驗分析可得，原葉片泵結(jié)構(gòu)中的防返油間隙在一定程度上有降噪作用;方案 1 可降低噪音，但防返油間隙在方案 1 中提高了部分頻率區(qū)間的噪音;方案 1 與方案 2 降低噪音的效果相近，各有優(yōu)劣。

  三、基于防返油間隙改進的葉片泵降噪分析

  經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，防返油間隙在降低噪音的同時會改變產(chǎn)品的聲學模態(tài)。為達到防返油效果，只能優(yōu)化改進孔的較大直徑區(qū)段。為分析獲取防返油間隙的最優(yōu)降噪效果，從改變直徑大小方面進行對比研究，設(shè)置了原模型(防返油間隙直徑為 6.0mm)、防返油間隙直徑調(diào)整為 6.5mm、防返油間隙直徑調(diào)整為 7.0mm、防返油間隙直徑調(diào)整為 7.5mm 這幾個對比組。

  通過對比不同組別的聲功率級頻率響應(yīng)曲線可知，將防返油間隙的直徑修改為 6.5mm 時，在 1700 - 5000Hz 區(qū)間降低噪音效果顯著。直徑為 7.0mm 的防返油間隙比 6.5mm 降噪效果更好，尤其在 500 - 1800Hz 區(qū)間。而直徑 7.5mm 的防返油間隙與直徑 7.0mm 相比，在大部分區(qū)間降噪效果相近，甚至在部分區(qū)間略差。

  對葉片泵排氣過程中的噪音進行測試，結(jié)果顯示原模型(防返油間隙直徑為 6.0mm)噪音值為 47dB，防返油間隙直徑調(diào)整為 6.5mm 時噪音值為 34dB，防返油間隙直徑調(diào)整為 7.0mm 時噪音值為 26dB，防返油間隙直徑調(diào)整為 7.5mm 時噪音值為 33dB。由此可見，設(shè)置直徑為 7.0mm 的防返油間隙的降噪效果最優(yōu)。

  總結(jié)

  綜上所述，在2025年葉片泵行業(yè)發(fā)展趨勢下，針對葉片泵排氣過程中的噪音問題，通過基于有限元仿真方法進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計具有顯著成效。通過三維建模、流場仿真和聲學有限元仿真獲取聲學分布特征圖，并經(jīng)過多次分組仿真和試驗對比得出：基于葉片泵排氣空間狹窄的現(xiàn)狀，兩種流道優(yōu)化方案均可顯著降低噪音，且效果相近，各有優(yōu)缺點，可根據(jù)葉片泵的實際應(yīng)用場景選擇最佳降噪方案;防返油間隙具有一定降噪作用，但也會改變?nèi)~片泵的聲學模態(tài)，經(jīng)對比，直徑為 7mm 的防返油間隙降噪效果最優(yōu)。這些研究成果為葉片泵行業(yè)在噪音控制方面提供了重要的參考依據(jù)，有助于推動葉片泵產(chǎn)品在市場上的競爭力提升，滿足各行業(yè)對低噪音設(shè)備的需求，進一步促進葉片泵行業(yè)的健康發(fā)展。

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