宋藝偉，李 躍，李 強(qiáng)，胡友志，熊延松，黃克傳

（1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，合肥 230009；2.中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院 智能機(jī)械研究所，合肥 230031；3.安徽智泓凈化科技股份有限公司，合肥 230088；4.常州柏繁電氣有限公司，江蘇常州 213100）

0 引言

反滲透隔膜增壓泵是凈水機(jī)中反滲透過(guò)濾前端入水增壓的功能核心部件，近年來(lái)隨著人們對(duì)凈水機(jī)大通量化、低噪聲、高穩(wěn)定性要求迫切，大通量下反滲透隔膜增壓泵的振動(dòng)噪聲突出問(wèn)題亟待解決。目前使用的凈水器主要為反滲透凈水機(jī)，通常采用RO膜（反滲透膜）對(duì)原水進(jìn)行的過(guò)濾，RO膜是一種模擬生物半透膜的人工膜，其能夠阻隔無(wú)機(jī)鹽、重金屬、病菌等雜質(zhì)［1-2］，為使原水能夠?qū)崿F(xiàn)逆滲透，需要進(jìn)行膜前增壓，反滲透隔膜增壓泵是凈水機(jī)內(nèi)提供膜前增壓的主要核心設(shè)備。

現(xiàn)階段，大通量型凈水機(jī)成為家庭凈水器使用的主要需求型號(hào)，凈水機(jī)的大通量需要配備功率更高、流量更大的反滲透隔膜增壓泵，隨著功率和流量的提高，因反滲透隔膜增壓泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及流動(dòng)特點(diǎn)帶來(lái)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題愈發(fā)凸顯，因此也影響了凈水器使用的品質(zhì)。為了降低其振動(dòng)噪聲，左杰［3］通過(guò)帶一體化鐵殼的無(wú)刷電機(jī)增壓泵設(shè)計(jì)降低振動(dòng)噪聲；李文明等［4］通過(guò)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速、在電機(jī)與底板之間設(shè)置隔振及設(shè)置消聲裝置等方法減小泵體振動(dòng)噪聲。盡管現(xiàn)有方法對(duì)反滲透隔膜增壓泵的減振降噪方法上取得了一些進(jìn)展，但對(duì)其振動(dòng)噪聲源和相關(guān)產(chǎn)生機(jī)理方面的研究較少。本文通過(guò)對(duì)反滲透隔膜增壓泵結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，搭建測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在額定工況下進(jìn)行噪聲測(cè)試、變轉(zhuǎn)速激勵(lì)測(cè)試等測(cè)試方法進(jìn)行振動(dòng)噪聲試驗(yàn)分析，了解振動(dòng)噪聲的主要誘發(fā)因素。

1 反滲透隔膜增壓泵的工作原理

反滲透隔膜增壓泵又稱RO增壓泵、RO隔膜泵，是屬于往復(fù)式容積泵的一種，通過(guò)活塞（柱塞）在液缸工作腔內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或者利用隔膜、波紋管等撓性部件在工作液腔內(nèi)的周期性變形）使得腔室內(nèi)部存液容積發(fā)生周期性變化。在結(jié)構(gòu)上，往復(fù)泵的工作容腔為封閉空間，通過(guò)所設(shè)置的泵閥（單向的進(jìn)水閥、出水閥）與管路溝通或閉合［5-6］。

以直流有刷電機(jī)反滲透隔膜增壓泵為例，其結(jié)構(gòu)主體分為直流有刷電機(jī)和泵頭2個(gè)部分，泵頭結(jié)構(gòu)主要為泵殼、閥座、進(jìn)水閥、出水閥、隔膜片、活塞、偏心輪、凸輪支架、深溝球軸承軸承、連接架組成。在反滲透隔膜增壓泵中，隔膜起到承壓密封及撓曲變形的作用，腔室內(nèi)設(shè)置活塞并安裝于凸輪支架。正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)連接在轉(zhuǎn)軸處的軸心與電機(jī)轉(zhuǎn)軸中心偏移的偏心輪在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的高度差，使腔室內(nèi)活塞受到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也即凸輪支架循環(huán)的推拉力，各個(gè)活塞繞設(shè)計(jì)擺動(dòng)中點(diǎn)做繞擺往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)隔膜發(fā)生變形，在過(guò)程中將原水進(jìn)行增壓并排出。腔室的數(shù)目、電機(jī)轉(zhuǎn)速以及偏心輪偏移角度的設(shè)計(jì)與反滲透隔膜增壓泵的流量有直接關(guān)系。圖1示出某型號(hào)反滲透隔膜增壓泵的結(jié)構(gòu)示意。

2 反滲透隔膜增壓泵的振動(dòng)、噪聲源分析

反滲透隔膜增壓泵的噪聲主要為機(jī)械噪聲、液力噪聲，所產(chǎn)生的機(jī)械噪聲主要為內(nèi)部激勵(lì)導(dǎo)致部件產(chǎn)生摩擦、撞擊、以及結(jié)構(gòu)共振引起的振動(dòng)及噪聲。泵內(nèi)的每個(gè)腔室，周期內(nèi)的流量隨偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度而變化，因而泵的流量時(shí)刻變化，瞬時(shí)流量為每個(gè)腔室排液的疊加，形成脈動(dòng)流量。液力噪聲則由壓力波動(dòng)流體的激勵(lì)下使殼體、管線等結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)，從而引起偶極子聲并通過(guò)周?chē)諝庀蛲廨椛洹ＴO(shè)備噪聲的產(chǎn)生與振動(dòng)有直接的關(guān)聯(lián)，泵體表面所輻射的噪聲由泵體表面的振動(dòng)所產(chǎn)生，而泵體表面的振動(dòng)一方面與某個(gè)或某些振動(dòng)的激勵(lì)源有關(guān)，同時(shí)也和構(gòu)件間的傳遞特性以及構(gòu)件本身的動(dòng)特性密切相關(guān)。因此，對(duì)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)、噪聲的研究分析，就是要查明主要的噪聲頻率成分與各個(gè)振動(dòng)激勵(lì)源和結(jié)構(gòu)特性之間的關(guān)聯(lián)［7］。

2.1 結(jié)構(gòu)特性分析

通過(guò)圖1可知，在泵體的機(jī)構(gòu)中，分為驅(qū)動(dòng)端及液力端2個(gè)部分，液力端設(shè)置多個(gè)腔室，出水管路流量由多腔室流量疊加。驅(qū)動(dòng)模塊中能夠?qū)㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)化為活塞軸向位移的核心部件為偏心輪及軸承，為了使凸輪支架產(chǎn)生軸向位移，偏心輪所設(shè)計(jì)偏心角為σ，進(jìn)而產(chǎn)生高度差。通過(guò)對(duì)反滲透隔膜增壓泵工作原理、結(jié)構(gòu)特性的分析可以推出以下信息：

（1）偏心輪安裝固定于軸承內(nèi)圈，軸承和偏心輪軸心相同，因此，軸承在安裝后，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)由于其承重中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的偏移而產(chǎn)生不平衡力作用于軸承，激發(fā)軸承產(chǎn)生振動(dòng)。設(shè)軸承的重心與和旋轉(zhuǎn)軸心之間的距離為λ，由此偏移所導(dǎo)致的不平衡位移表示為［8］：

偏心所引起的激勵(lì)并引起的振動(dòng)頻率fμ和電機(jī)轉(zhuǎn)頻fω相等，由式（1）可知，不平衡位移隨時(shí)間的變化為一個(gè)余弦信號(hào)。

另外，在軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，由于其旋轉(zhuǎn)中心與電機(jī)軸心并非在相同直線上，當(dāng)軸承隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承外圈上的點(diǎn)將產(chǎn)生一個(gè)偏斜的位移［8］：

L為外圈半徑，它的基頻為電機(jī)轉(zhuǎn)頻2倍，因此，需要合理設(shè)計(jì)偏心輪角度。

（2）驅(qū)動(dòng)端和液力端的一體化設(shè)計(jì)使結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)發(fā)生傳遞，某些振動(dòng)單元在隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其頻率相等或者相近，使振動(dòng)單元之間發(fā)生相互影響，形成耦合振動(dòng)。

（3）凸輪支架上設(shè)置的多個(gè)活塞座在隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)繞中點(diǎn)上下偏擺，在自身的重力及變化的壓力產(chǎn)生的作用力下使凸輪支架受到不平衡的慣性力，這一慣性力在連接部件之間傳遞。結(jié)構(gòu)在這一周期性激勵(lì)的作用下激發(fā)出較高頻率的振動(dòng)，當(dāng)受到激勵(lì)的零部件的固有頻率等于周期性不平衡力頻率的整數(shù)倍時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致零部件產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，從而產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲［9］。

2.2 主要激勵(lì)頻率分析

2.2.1 轉(zhuǎn)子不平衡

電機(jī)轉(zhuǎn)軸安裝不對(duì)中以及受力不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)，激勵(lì)頻率為電機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)頻fω及高次諧頻，即：

式中 ω——電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min。

2.2.2 運(yùn)動(dòng)沖擊

活塞在進(jìn)行上下行運(yùn)動(dòng)時(shí)，因隔膜的變形、內(nèi)部部件慣性沖擊等產(chǎn)生的激勵(lì)，頻率為：

式中 k——腔室的數(shù)目。

2.2.3 軸承頻率［10］

當(dāng)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)偏心輪，偏心輪由于軸心與轉(zhuǎn)動(dòng)軸心偏移，發(fā)生扭轉(zhuǎn)，偏心輪最高點(diǎn)經(jīng)過(guò)活塞對(duì)應(yīng)位置時(shí)，活塞上行對(duì)液體進(jìn)行壓縮，此時(shí)下方對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)體受力發(fā)生變化，內(nèi)圈與偏心輪及軸徑、外圈及凸輪支架受到一次激勵(lì)。軸承激勵(lì)主要與來(lái)自于內(nèi)外圈、滾動(dòng)體、保持架的缺陷有關(guān)，這些頻率表現(xiàn)為各自頻率上的窄帶尖峰、整數(shù)倍轉(zhuǎn)頻的窄帶峰、整數(shù)倍轉(zhuǎn)頻的寬帶峰。

滾動(dòng)體在內(nèi)環(huán)的通過(guò)頻率為：

滾動(dòng)體在外環(huán)的通過(guò)頻率為：

滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率：

式中 Z——滾動(dòng)體個(gè)數(shù)；

d——滾動(dòng)體直徑；

D——軸承節(jié)徑；

θ——滾動(dòng)體與座圈間的接觸角，（°）。

2.2.4 液體沖擊

單個(gè)腔室內(nèi)，活塞在腔室的位置隨偏心輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度處于偏心輪低點(diǎn)到高點(diǎn)范圍，工作腔聯(lián)通出水腔，活塞將吸入液體進(jìn)行擠壓，由于系統(tǒng)阻抗，使出水腔室、管路處于高壓。而當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度處于偏心輪高點(diǎn)到低點(diǎn)范圍，工作腔聯(lián)通進(jìn)水腔，出水閥關(guān)閉，出水腔室、管路壓力發(fā)生突變。波動(dòng)的流量及壓力傳播到殼體及各元件上，使結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。流量脈動(dòng)率是衡量流量脈動(dòng)程度的指標(biāo)，反滲透隔膜增壓泵流量脈動(dòng)率可根據(jù)以下計(jì)算公式［11］：

其中，當(dāng)腔室數(shù)s是奇數(shù)時(shí)，脈動(dòng)率為δ1，s為偶數(shù)時(shí)，脈動(dòng)率為δ2。

3 振動(dòng)噪聲測(cè)試

通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試是研究其振動(dòng)噪聲特性的常用手段［12-13］。本文所涉及的反滲透隔膜增壓泵為400 G直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)反滲透隔膜增壓泵，額定電壓為24 V、額定負(fù)載下電機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 r/min，出水流量約2.8 L/min，測(cè)試出水壓力設(shè)定為0.62 MPa。反滲透隔膜增壓泵具有自吸和增壓的作用，為了減少進(jìn)水壓力變化造成的影響，采用封閉式水箱供水。測(cè)試場(chǎng)地為消聲室，基本無(wú)空氣流動(dòng)（認(rèn)定空氣流動(dòng)為0 m/s），經(jīng)測(cè)試背景噪聲小于被測(cè)試設(shè)備A聲級(jí)10 dB，因此無(wú)需進(jìn)行修正。

3.1 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

聲振測(cè)試采用AVANT數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析系統(tǒng)，是基于DSP的高精度分析系統(tǒng)，主要由數(shù)據(jù)采集與分析儀與運(yùn)行于計(jì)算機(jī)的軟件兩部分所組成，振動(dòng)測(cè)試采用EA-YD-1181壓電式加速度傳感器，噪聲測(cè)試采用AWA14425電容式傳聲器以及前置放大器組成，測(cè)試系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 測(cè)試系統(tǒng)示意Fig.2 Schematic diagram of test system

3.2 試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)反滲透隔膜增壓泵測(cè)試系統(tǒng)，在反滲透隔膜增壓泵安裝于凈水機(jī)進(jìn)行膜片增壓時(shí)，水路下級(jí)為反滲透膜，為了進(jìn)行膜前壓力模擬及改變出水壓力，在出水管路中接入針閥進(jìn)行調(diào)控，調(diào)節(jié)壓力范圍為0～1 MPa。流量測(cè)試采用比例轉(zhuǎn)子流量計(jì)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)PWM直流電機(jī)調(diào)速器對(duì)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，模擬反滲透隔膜增壓泵進(jìn)行自吸運(yùn)行時(shí)工況，將進(jìn)水端直接連接供液水箱。

測(cè)試臺(tái)儀器主要包括：水箱、反滲透隔膜增壓泵、進(jìn)出口水閥、針閥、管路、壓力表、流量計(jì)等，如圖3所示。通過(guò)反滲透隔膜增壓泵的自吸，將供水由水箱吸入管路至泵體，并對(duì)供水進(jìn)行增壓，后經(jīng)過(guò)壓力表、流量計(jì)針閥后回到水箱形成閉環(huán)回路。

圖3 試驗(yàn)裝置示意Fig.3 Schematic diagram of the test setup

3.3 振動(dòng)噪聲測(cè)點(diǎn)

聲振測(cè)試需要激勵(lì)被檢測(cè)的設(shè)備對(duì)象，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，出現(xiàn)聲波特性上的變化，再通過(guò)儀器對(duì)所產(chǎn)生的聲音和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集、處理，通過(guò)分析，判斷被測(cè)試對(duì)象的質(zhì)量、性能。為了解反滲透隔膜增壓泵振動(dòng)噪聲特性，對(duì)本文所涉及的反滲透隔膜增壓泵在不同工況下進(jìn)行振動(dòng)與噪聲的測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括空氣噪聲聲壓級(jí)測(cè)試、振動(dòng)加速度測(cè)試，測(cè)試作用樣本為同一批次且相同型號(hào)規(guī)格的新泵，在模擬同樣負(fù)載下，單獨(dú)測(cè)試反滲透隔膜增壓泵所帶電機(jī)A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)較低因此可以忽略。試驗(yàn)對(duì)同一臺(tái)泵進(jìn)行了3次測(cè)試，試驗(yàn)條件及測(cè)試方法均相同。

3.3.1 振動(dòng)測(cè)試監(jiān)測(cè)點(diǎn)

為了更好地了解振動(dòng)特性，測(cè)點(diǎn)的選擇也很重要，加速度傳感器放置以3個(gè)互相垂直的方向上進(jìn)行測(cè)量，規(guī)定泵電機(jī)軸線為Y向，水平并與Y向相交為X向，垂直與Y向相交為Z向。圖1由結(jié)構(gòu)示意可知，傳動(dòng)模塊的激勵(lì)主要集中在在凸輪支架、軸承、電機(jī)軸的連接處，主軸、軸承所激發(fā)振動(dòng)沿著周?chē)鷤鬟f至外側(cè)殼體，所設(shè)置在安裝位置測(cè)點(diǎn)2，3的傳感器對(duì)應(yīng)測(cè)試激勵(lì)沿X，Z方向的振動(dòng)，Y方向傳感器測(cè)點(diǎn)1安裝在出水腔對(duì)應(yīng)位置，能夠測(cè)試高壓出水腔軸向的振動(dòng)。具體測(cè)試點(diǎn)位設(shè)置如圖4所示。

圖4 振動(dòng)測(cè)試監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置Fig.4 Locations of vibration test monitoring points

3.3.2 噪聲測(cè)試測(cè)點(diǎn)

液力端為噪聲的主要來(lái)源，通過(guò)對(duì)液力端的噪聲測(cè)試，可以了解增壓泵噪聲的輻射情況，并通過(guò)與振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比了解聲源，噪聲測(cè)試采用圖5所示布置測(cè)試點(diǎn)，采用4點(diǎn)法測(cè)試，進(jìn)行A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)測(cè)量，測(cè)試時(shí)以泵頭前側(cè)為前端，電機(jī)后側(cè)為后端，因此傳聲器布置在前、后、左、右4個(gè)位置，并把4個(gè)方向傳聲器分別設(shè)為S1，S2，S3，S4，三維示意如圖 5（a）所示，平面位置如圖 5（b）所示，具體放置坐標(biāo)見(jiàn)表1。通過(guò)近聲場(chǎng)測(cè)試得到噪聲1/3倍頻程譜。

表1 噪聲測(cè)點(diǎn)位置三維坐標(biāo)Tab.1 Three-dimensional coordinates of noise test points

圖5 噪聲測(cè)試測(cè)點(diǎn)位置Fig.5 Locations of noise test points

4 振動(dòng)噪聲測(cè)試結(jié)果

按照不同工況下進(jìn)行測(cè)試，為了降低及排除誤差干擾，測(cè)試分為3組，每組測(cè)試內(nèi)容相同，測(cè)試得到反滲透隔膜增壓泵在不同測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度及A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)反滲透隔膜增壓泵在額定工況下的噪聲測(cè)試，了解噪聲主要優(yōu)勢(shì)頻率，并通過(guò)變轉(zhuǎn)速激勵(lì)測(cè)試，對(duì)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)分析，從而了解與激勵(lì)的關(guān)聯(lián)。

4.1 噪聲頻譜分析

根據(jù)以上的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試所得多組噪聲的頻譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)主要頻率集中在1 500 Hz以內(nèi)，且每組數(shù)據(jù)變化規(guī)律及數(shù)值相近，A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)噪聲能較好地反映人耳對(duì)噪聲強(qiáng)度與頻率的主觀感覺(jué)［14］，所得4個(gè)方位傳感器所測(cè)試的反滲透隔膜增壓泵額定工況下的1/3倍頻程A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)頻譜如圖6所示，從圖可以看出：在4個(gè)方位中，頻段分布規(guī)律相似，且通過(guò)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)反滲透隔膜增壓泵出口端的的輻射噪聲聲壓級(jí)高于其他方位，聲壓級(jí)值為45 dB，而電機(jī)尾端的噪聲值最低，得知噪聲的主要輻射方向?yàn)楸玫某隹趯?duì)應(yīng)方向，可見(jiàn)泵殼內(nèi)部機(jī)械噪聲及流體噪聲通過(guò)出口端向外輻射。由于泵體中有較多噪聲源，所輻射的噪聲通過(guò)在空間內(nèi)的矢量疊加，最后在測(cè)試點(diǎn)位置被捕捉。而通過(guò)頻譜分析，假如整體噪聲在某一峰值頻率和某一零部件振動(dòng)的峰值頻率相對(duì)應(yīng)，且該零件對(duì)應(yīng)頻率振動(dòng)能量明顯大于其他零件，那么可以認(rèn)為該零部件是該頻段的噪聲的主要來(lái)源［15-17］。

圖6 不同測(cè)點(diǎn)噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)Fig.6 The A-weighted sound pressure level of noise at different test points

由測(cè)試結(jié)果可知，在低頻段及中頻段有突出峰值，并對(duì)比4處測(cè)點(diǎn)頻譜，發(fā)現(xiàn)各測(cè)點(diǎn)中噪聲貢獻(xiàn)較大的主要頻率分布在80～120 Hz，300～500 Hz，而S2處在80～120 Hz的峰值不明顯，說(shuō)明此處頻率噪聲與電機(jī)相關(guān)性不大。優(yōu)勢(shì)頻率的中心頻率在80 Hz，通過(guò)以上的激勵(lì)分析可知軸頻在16.67 Hz左右，而峰值對(duì)應(yīng)的頻率在四倍轉(zhuǎn)頻處，這正與反滲透隔膜增壓泵的腔室數(shù)目相吻合。而各處測(cè)點(diǎn)在頻段300～400 Hz均出現(xiàn)峰值，說(shuō)明液力噪聲對(duì)設(shè)備整體噪聲貢獻(xiàn)較大。

4.2 振動(dòng)加速度頻譜分析

4.2.1 變轉(zhuǎn)速測(cè)試

通過(guò)變轉(zhuǎn)速激勵(lì)（500～1 100 r/min）對(duì)反滲透隔膜增壓泵進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行并測(cè)試，得到不同測(cè)點(diǎn)位置的振動(dòng)加速度頻譜如圖7所示。從圖7（a）中可以看出，在泵殼外所受到液體對(duì)殼體沖擊，在300～500 Hz和800～1 100 Hz可見(jiàn)振動(dòng)頻率呈現(xiàn)寬頻分布，并隨著轉(zhuǎn)速升高對(duì)應(yīng)振動(dòng)加劇，相比于圖7（b）可以看出，點(diǎn)1與點(diǎn)2處的振動(dòng)信號(hào)頻率分布有明顯的區(qū)別。測(cè)點(diǎn)2，3處傳感器所測(cè)頻譜分別反應(yīng)由泵體傳動(dòng)模塊處振動(dòng)并傳遞到外殼的橫向及縱向的振動(dòng)情況，主要峰值頻率分布在600 Hz之內(nèi)，在圖中可以看出有明顯的階次，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)所對(duì)應(yīng)的峰值頻率在相應(yīng)轉(zhuǎn)下同樣與軸頻成4倍關(guān)系，且在300～500 Hz范圍內(nèi)也出現(xiàn)頻率分布。另外，在圖中發(fā)現(xiàn)階次內(nèi)峰值隨轉(zhuǎn)速變化，在700 r/min處出現(xiàn)較高峰值，說(shuō)明此時(shí)激勵(lì)頻率可能與部件固有頻率相同而發(fā)生共振。在周期內(nèi)每個(gè)腔室活塞上下行過(guò)程中，由于凸輪支架上端與活塞、膜片連接，下端套接在軸承外圈，而軸承內(nèi)圈、偏心輪與電機(jī)軸固定連接。通過(guò)測(cè)試分析可知，周期內(nèi)活塞及凸輪支架運(yùn)動(dòng)對(duì)液體作用產(chǎn)生壓力沖擊作用于殼體、管路以及增壓泵活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生往復(fù)慣性力作用于軸承，使機(jī)體產(chǎn)生振動(dòng)噪聲。

圖7 不同測(cè)點(diǎn)振動(dòng)加速度頻譜Fig.7 Spectrum of vibration acceleration at different test points

4.2.2 不同偏心輪角度測(cè)試

偏心輪偏心角度的大小決定活塞位移，活塞的行程對(duì)泵的流量、壓力脈動(dòng)率有直接影響［5］。實(shí)驗(yàn)測(cè)試3個(gè)不同偏心角度的偏心輪，偏心角度分別為：2.5°，2.8°，3.0°，在出口閥門(mén)開(kāi)度不變及轉(zhuǎn)速不變的條件下分別對(duì)比了相同測(cè)點(diǎn)不同偏心角度下的振動(dòng)情況。從圖8中可以看出，在3個(gè)不同測(cè)點(diǎn)處不同偏心角度的振動(dòng)峰值不同，且隨著偏心角度的增大而升高，因此偏心輪角度大小對(duì)泵的振動(dòng)有影響，而偏心輪角度越大流量越大，但會(huì)使隔膜使用壽命降低，因此在泵的偏心輪角度設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮在保證泵的流量的情況下適當(dāng)減小偏心角從而減小振動(dòng)。

圖8 不同偏心角條件下不同測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)Fig.8 Vibration signals of different measuring points under different eccentric angles

5 結(jié)論

（1）通過(guò)振動(dòng)與噪聲測(cè)試，發(fā)現(xiàn)主要噪聲輻射方向?yàn)楸玫某隹诙?，噪聲最大值?5 dB，且振動(dòng)及噪聲頻譜在4倍轉(zhuǎn)頻處出現(xiàn)較高的幅值。

（2）通過(guò)振動(dòng)噪聲對(duì)比，推斷主要的振動(dòng)噪聲源來(lái)自于腔室內(nèi)的脈動(dòng)液體沖擊及沖擊產(chǎn)生的反作用力與凸輪支架運(yùn)行的慣性力而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。

（3）通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)速達(dá)到700 r/min左右，泵體可能發(fā)生結(jié)構(gòu)共振，因此，在設(shè)計(jì)反滲透隔膜增壓泵電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)避開(kāi)此轉(zhuǎn)速范圍。

（4）在相同的條件下，反滲透隔膜增壓泵整體的振動(dòng)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高及偏心輪的偏心角增大而增高，因此可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和偏心輪偏移角度進(jìn)行降噪。