在2025年，葉片泵行業正面臨著諸多變革與發展。隨著各行業對設備運行穩定性和低噪音環境要求的不斷提高，葉片泵的噪音控制成為了行業發展的關鍵趨勢之一。據《2025-2030年全球及中國葉片泵行業市場現狀調研及發展前景分析報告》相關市場調研數據顯示，在過去的幾年中，因噪音問題導致葉片泵產品退貨率逐年上升，約有30%的用戶明確表示噪音水平是他們選擇葉片泵產品的重要考量因素。這一數據充分凸顯了降低葉片泵噪音在當下市場環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，在眾多領域廣泛應用。其工作原理是利用轉軸和在轉軸槽內不斷移動的葉片的旋轉運動來獲得所需的真空環境。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表面、轉軸外表面和端部圍成的區域分成 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，隨著葉片泵應用場景的不斷拓展，其噪音問題愈發受到關注。過高的噪音不僅危害車間人員的聽力和身心健康，長期處於高噪音環境下還可能對人的神經系統造成損害。因此，有效降低葉片泵的噪音成為了行業亟待解決的重要課題。
葉片泵的噪音主要來源於葉片與泵腔的摩擦、排氣過程以及軸承運轉等方面。其中，排氣噪音尤為突出，主要產生於兩種工況。其一，氣流與固體結構的耦合作用致使結構振動發聲;其二，氣體在渦流過程中引發的壓力或速度脈動產生噪音。基於此，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，並結合聲學仿真，對葉片泵的結構進行優化和改進，以實現降低噪音的目標。
利用三維建模軟體 Solidworks 構建葉片泵的排氣流道內部結構圖，該模型存在 1 和 3 兩個狹窄空間。為防止極限真空狀態時油箱中的油液返回泵內，在 1 和 3 之間設置了一個內部與泵腔相通的防返油間隙 2，其內部直徑為 ϕ3mm，外部直徑為 ϕ6mm。
一般而言，氣動噪音由氣體渦流產生的速度和壓力脈動引起，噪音數值隨氣體渦流的降低而減少。在優化設計前，排氣流道結構較為複雜，右側排氣空間狹窄，氣體經過時易產生較大渦流，從而發出噪音。為降低噪音，對內部流道進行優化，主要有以下兩個方案：
方案 1：取消模型空間 1，在原位置補平的結構上加工出大小相同的防返油間隙;將空間 2 前側凹凸部分優化成直線，並去掉空間 2 後側的拔模結構;將模型中央下凹部分的兩側與限位板邊緣區域加工成過渡圓角，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與限位板邊緣區域削成一個過渡圓角，以此改善氣體流動。
對兩種降噪方案進行比選，設置了多個對比項，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 流場仿真軟體進行流場仿真處理後，得到垂直於泵腔軸線且過排氣孔中心的一個截面的壓力雲圖和速度雲圖。將各組對比項獲得的流場仿真結果文件導入 Virtual.LabAcoustic 軟體後進行傅立葉變換，再進行聲學有限元仿真，從而獲得聲功率級頻率響應曲線。
通過對比不同組別的聲功率級頻率響應曲線發現，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分布。組 1 和組 4 的對比顯示，方案 1 可以有效降低 1000 - 5000Hz 區間的噪音，但對 0 - 500Hz 區間降噪不明顯，且在 500 - 1000Hz 區間的個別區域噪音略有提高。組 4 和組 5 的對比則表明，在大部分頻率區間，方案 2 降噪效果稍優於方案 1，僅在個別頻率區間方案 1 降噪效果優於方案 2。
採用數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，待數值穩定後讀取噪音值。試驗結果顯示，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，原葉片泵結構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間的噪音;方案 1 與方案 2 降低噪音的效果相近，各有優劣。
經研究發現，防返油間隙在降低噪音的同時會改變產品的聲學模態。為達到防返油效果，只能優化改進孔的較大直徑區段。為分析獲取防返油間隙的最優降噪效果，從改變直徑大小方面進行對比研究，設置了原模型(防返油間隙直徑為 6.0mm)、防返油間隙直徑調整為 6.5mm、防返油間隙直徑調整為 7.0mm、防返油間隙直徑調整為 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曲線可知，將防返油間隙的直徑修改為 6.5mm 時，在 1700 - 5000Hz 區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 區間。而直徑 7.5mm 的防返油間隙與直徑 7.0mm 相比，在大部分區間降噪效果相近，甚至在部分區間略差。
對葉片泵排氣過程中的噪音進行測試，結果顯示原模型(防返油間隙直徑為 6.0mm)噪音值為 47dB，防返油間隙直徑調整為 6.5mm 時噪音值為 34dB，防返油間隙直徑調整為 7.0mm 時噪音值為 26dB，防返油間隙直徑調整為 7.5mm 時噪音值為 33dB。由此可見，設置直徑為 7.0mm 的防返油間隙的降噪效果最優。
綜上所述，在2025年葉片泵行業發展趨勢下，針對葉片泵排氣過程中的噪音問題，通過基於有限元仿真方法進行結構優化設計具有顯著成效。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徵圖，並經過多次分組仿真和試驗對比得出：基於葉片泵排氣空間狹窄的現狀，兩種流道優化方案均可顯著降低噪音，且效果相近，各有優缺點，可根據葉片泵的實際應用場景選擇最佳降噪方案;防返油間隙具有一定降噪作用，但也會改變葉片泵的聲學模態，經對比，直徑為 7mm 的防返油間隙降噪效果最優。這些研究成果為葉片泵行業在噪音控制方面提供了重要的參考依據，有助於推動葉片泵產品在市場上的競爭力提升，滿足各行業對低噪音設備的需求，進一步促進葉片泵行業的健康發展。
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