一、引言

涡旋真空泵凭借其抽气效率高、体积小、可靠性强等优势，在半导体制造、真空镀膜、医疗设备、科学实验等领域得到广泛应用。然而，在运行过程中，涡旋真空泵产生的噪声与振动问题日益凸显，不仅对操作人员的身心健康造成危害，影响工作环境舒适性，还可能导致设备零部件松动、密封失效，降低设备运行稳定性和使用寿命，甚至干扰精密仪器设备的正常工作 。因此，开展涡旋真空泵的噪声抑制与振动优化设计研究，具有重要的现实意义和工程应用价值。

二、涡旋真空泵噪声与振动产生机理分析

2.1 气体脉动引发的噪声与振动

涡旋真空泵工作时，气体在泵腔内的周期性吸入、压缩和排出过程会产生气体压力脉动。当气体压力脉动频率与泵体或管道的固有频率接近时，会引发共振，产生强烈的噪声与振动 。特别是在高转速、大抽气流量工况下，气体脉动幅度增大，噪声与振动问题更为严重。此外，气体在进出泵腔时，与泵体壁面的高速冲击以及气体涡流的形成，也会产生气动噪声。

2.2 机械摩擦与磨损产生的噪声与振动

涡旋真空泵的运动部件，如动涡旋盘与静涡旋盘之间的啮合、主轴与轴承的配合、皮带传动或齿轮传动部件等，在运行过程中会因摩擦产生噪声与振动 。随着设备运行时间的增加，部件磨损加剧，间隙增大，进一步恶化噪声与振动水平。例如，动、静涡旋盘在长期高速相对运动中，接触面磨损导致密封性能下降，不仅影响抽气效率，还会因气体泄漏产生额外的噪声与振动。

2.3 不平衡力导致的振动

涡旋真空泵的旋转部件，如主轴、叶轮、动涡旋盘等，由于制造误差、装配偏差或材料不均匀等原因，会存在质量不平衡问题。在高速旋转时，不平衡质量产生的离心力会引起周期性振动，该振动通过轴承、支架等部件传递到泵体及基础，导致整个设备振动加剧 。同时，不平衡振动还会加速轴承等部件的磨损，形成恶性循环。

2.4 结构共振与声辐射

泵体结构的固有频率分布若不合理，在外界激励（如气体脉动、机械振动等）作用下，容易发生共振现象。共振时，结构振动幅度大幅增加，进而通过声辐射产生强烈的噪声 。此外，泵体的薄壁结构、管道连接部位等，在振动作用下也会成为噪声辐射的主要声源，进一步放大噪声水平。

三、涡旋真空泵噪声抑制与振动优化设计方法

3.1 结构设计优化

涡旋型线优化

改进涡旋盘的型线设计，采用非对称型线、多涡旋型线等新型结构，优化气体压缩过程，降低气体压力脉动幅度 。非对称型线可使气体在泵腔内的压缩更为均匀，减少压力突变；多涡旋型线通过增加压缩腔数量，细化气体压缩过程，降低单次压缩的压力变化量，从而抑制因气体脉动引发的噪声与振动。

泵体结构加强与优化

合理设计泵体的壁厚、筋板布局等结构参数，提高泵体的刚度和固有频率，避免与外界激励频率产生共振 。例如，在泵体关键部位增设加强筋，改变结构振动特性；优化泵体的形状，减少应力集中区域，降低结构振动幅度。同时，对泵体与管道的连接部位进行优化设计，采用柔性连接方式，如橡胶软连接，减少振动传递。

运动部件平衡设计

对涡旋真空泵的旋转部件进行高精度动平衡检测与校正，确保其质量分布均匀。在制造过程中，严格控制部件的加工精度和装配精度，减少因不平衡力导致的振动 。对于动涡旋盘等关键部件，可采用激光焊接、电子束焊接等先进工艺，保证焊接质量，避免因焊接变形引起的不平衡问题。

3.2 材料改进与应用

高阻尼材料应用

选用高阻尼特性的材料制造泵体或关键部件，如阻尼合金、橡胶基复合材料等。高阻尼材料能够有效吸收振动能量，将其转化为热能散发出去，从而降低振动幅度 。例如，采用镁基阻尼合金制造泵体外壳，相比传统金属材料，可使振动能量衰减速度提高 30% - 50%，显著降低噪声辐射。

耐磨减摩材料选用

在运动部件的接触表面，采用耐磨减摩材料，如自润滑涂层、陶瓷材料等，降低部件之间的摩擦系数，减少因摩擦产生的噪声与振动 。自润滑涂层可在部件表面形成一层润滑膜，避免金属直接接触；陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好的特点，可延长部件使用寿命，同时降低摩擦噪声。

3.3 减振装置应用

隔振器安装

在涡旋真空泵与基础之间安装隔振器，如橡胶隔振器、弹簧隔振器、空气弹簧隔振器等，隔离泵体振动向基础的传递 。根据泵的重量、转速、振动频率等参数，合理选择隔振器的类型和刚度，确保隔振效果最佳。例如，对于高速运行的涡旋真空泵，可选用空气弹簧隔振器，其具有良好的低频隔振性能和自适应调节能力。

阻尼器设置

在泵体结构上设置阻尼器，如粘滞阻尼器、摩擦阻尼器等，增加结构的阻尼比，消耗振动能量 。粘滞阻尼器通过阻尼液的粘性阻力消耗振动能量；摩擦阻尼器利用摩擦片之间的摩擦力耗散能量。通过合理布置阻尼器的位置和数量，可有效抑制泵体的振动响应。

3.4 优化运行参数与控制策略

转速优化

通过实验或数值模拟，确定涡旋真空泵的最佳运行转速，避开共振转速区域 。在满足抽气性能要求的前提下，适当降低转速，可减小气体脉动和不平衡力的影响，降低噪声与振动水平。同时，采用变频调速技术，实现泵的转速根据实际工况自动调节，进一步优化运行性能。

智能控制策略

引入智能控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，对涡旋真空泵的运行状态进行实时监测与控制 。根据振动传感器、噪声传感器反馈的信号，自动调整运行参数，如转速、吸气压力等，实现噪声与振动的主动控制。例如，当检测到振动幅度超过设定阈值时，系统自动降低转速或调整气体流量，以减小振动。