Файл: Шубов, И. Г. Шум и вибрация электрических машин.pdf

Таблица 7-1

Влияние исполнения вентилятора на шум машины

99

Продолжение табл . 7-1

СЕ>>

%а

Исполнение венти­ лятора

я

ETg -

S.M

О ЕГе

92

84

Двухструйный 82

78

75

4. Литой силуминовый однорядный вентилятор с переменным шагом лопаток. Число лопаток 18. Этот вентилятор имел три исполнения (в том числе двухструйный), отличающиеся диамет­ рами: 346 мм, 300 мм и 280 мм. Конструкции и результаты испы­ таний этих вентиляторов приведены в табл. 7-1.

Как видно из табл. 7-1, общий уровень воздушного шума ма­ шины с вентиляторами различной конструкции при 3000 об/мин колеблется в' пределах 92—94 дб. При уменьшении диаметра вен­ тиляторов уровень шума резко снижается. В спектрах частот ис­ следованных вентиляторов не содержится резко выраженных то­ нальных составляющих, что дает основание для их сопоставления. Таким образом, Произведенные исследования показывают, что совершенствованием конструкции встроенных вентиляторов, оче­ видно, может быть достигнуто лишь незначительное снижение аэродинамического шума (—2 дб).

Основное внимание при конструировании должно быть уделено выполнению щита, образующего полость для вентилятора. Эта полость на внутренней поверхности не должна иметь ребер жест­ кости и проходных шпилек, а кромки окон, через которые выходит воздух, должны иметь закругления. Окна для подвода и отвода охлаждающего воздуха по возможности не должны иметь выхода

взону обслуживания.

Вслучае, если вблизи вентилятора имеются указанные пре­ пятствия, то возникает шум дискретной частоты

где k — количество лопаток вентилятора.

100

Уровень этого шума можно снизить путем увеличения зазора между вентилятором и неподвижным препятствием.

Зазор б (рис. 7-2) между вентилятором и щитом или непод­ вижным препятствием должен быть не меньше 15% от наружного

Рис. 7-2. Вариант выполнения встроенного вен- ^ тилятора

Ширина лопаток центробежного вентилятора b при выбранном по конструктивным соображениям диаметре вентилятора d2 (рис. 7-2) может быть ориентировочно определена по формуле

0,3

Ь = (7-3) d2VZ *

где Z — аэродинамическое сопротивление машины. Ориентировочное значение величины Z может быть взято из

нижеследующего вывода по значениям Pin кет/(обімин):

Так, например, для машины мощностью 45 кет, в которой диаметр вентилятора равен 0,48 м при скорости вращения

1500 об/мин, Р/п равно 0,03 (45/1500), a Z из вывода — 500,

Ширина вентилятора

0,48 /ббО

С целью уменьшения потерь в вентиляторе желательно, чтобы площадь входа ndxb была меньше осевого сечения входа на колесо

я/4 (di — do), где do — диаметр втулки вентилятора. Отношение d2/d1 принимается в пределах 1,2—1,5.

Для ориентировочного выбора числа лопаток можно рекомен­ довать следующую зависимость:

101

Для того чтобы исключить рециркуляцию воздуха, необходимо, устанавливать воздухонаправляющие щитки (а) с зазором около

2 мм (рис. 7-2).

7-4. Ш У М , В О З Н И К А Ю Щ И Й О Т В Р А Щ Е Н И Я Р О Т О Р А

В крупных машинах для лучшего отвода тепла ротора в пакете стали предусматриваются радиальные каналы. Расположенные в этих каналах распорки и выступающие стержни короткозамкну­ тых клеток по шумообразованию ведут себя так же, как лопатки центробежного вентилятора. В асинхронных электродвигателях и машинах постоянного тока средней и малой мощности диаметр

Рис. 7-3. Спектр шума асинхронного электродвигателя мощностью 1000 кет при скорости вращения 1480 об/мин со снятым (1) и насажен­ ным (2 ) вентилятором

вентилятора обычно значительно больше диаметра пакета стали ротора, поэтому вызываемый ротором шум не может существенно повысить общий уровень аэродинамического шума.

На рис. 7-3 показан спектр шума асинхронного электродви­ гателя (мощность 1000 кет, 1480 об/мин и отношение диаметра вентилятора к диаметру ротора 1,6). Спектр 1 соответствует ма­ шине со снятым вентилятором, 2 — с насаженным вентилятором. Повышение общего уровня шума машины с вентилятором состав­ ляет примерно 6 дб.

Для того чтобы снизить вентиляционный шум в крупных двух- и четырехполюсных машинах с обеих сторон ротора целесообразно устанавливать по одному вентилятору и охлаждающий воздух направлять двумя раздельными потоками. Ввиду того, что наруж­

ный диаметр каждого из обоих вентиляторов может быть в |/2 раза меньше диаметра одного вентилятора, необходимого для про­ тяжной вентиляции при той же производительности, при такой

102

Рис. 7-4. Выполнение радиальных каналов стат-ора и ротора: а — без смещения, б — со смещением

системе вентиляции обеспечивается снижение уровня шума на

5—7 дб.

Вэтом случае диаметры вентиляторов равны диаметру ротора

ипоэтому производимый ими шум соизмерим с шумом ротора

машины.

В крупных явнополюс­ ных синхронных машинах часто применяется двух­ струйная аксиальная вен­ тиляция ротора с выхо­ дом воздуха в радиальные каналы статора при помо­ щи пропеллерных венти­ ляторов, расположенных по обеим сторонам рото­ ра. Уровень шума пропел­ лерных вентиляторов соиз­ мерим с шумом ротора.

В быстроходных маши­ нах аксиальная вентиля­ ция с точки зрения образо­ вания шума более предпоч­ тительна, чем радиальная.

Для машин с самовентиляцией, работающих по разомкнутому циклу, без применения специальных шумозаглушающих мер, существует естественный предел уровня шума, сни­ зить который невозможно из-за специфики конст­ рукции.

Так, например, для машины мощностью 1000 кет при скоро­ сти вращения 1500 об/мин при самовентиляции этот предел со­ ставляет около 95 дб.

В крупных асинхронных машинах радиальная вентиляция часто предусматривается как в статоре, так и в роторе. Вентиля­

103

ционные каналы ротора, действуя как центробежные вентиляторы, направляют воздушный поток в радиальные каналы статора, откуда он выходит через спинку статора. Воздушный поток под­ вержен периодическим колебаниям давления с частотой, опреде­ ляемой скоростью вращения и числом пазов ротора. Этот шум можно подавить конструктивными мерами, к которым относятся: а) смещение радиальных каналов статора и ротора относительно друг друга; б) увеличение расстояния между распорками статора

давления дискретного шума, то его дальнейшее снижение может быть достигнуто установкой цилиндрического звукопоглощающего экрана, оклеенного изнутри войлоком (рис. 7-5, а).

Расстояние между экраном и спинкой статора принимается равным приблизительно четверти длины волны заглушаемого шума. Спектры шума асинхронного двигателя (мощность 2800 кет, 1490 об/мин) без экрана (/) и с экраном (2) показаны

лой звукопоглощающей способностью, поэтому возникающий внутри машины шум от вращения ротора и вентилятора почти бес­

мальное излучение шума наблюдается у всасывающего отверстия вентилятора.

Как показала практика, наиболее простым и эффективным спо­ собом подавления шума как в машинах с самовентиляцией, так и принудительной вентиляцией, является пристройка глушителей к местам максимального излучения шума.

Глушитель является компактным (не выходящим далеко за габариты машины) воздуховодом, стенки которого покрыты звуко­ поглощающим материалом. Как правило, в таком воздуховоде должен быть предусмотрен поворот струи воздуха. В некоторых случаях из-за этого поворота увеличивается аэродинамическое соп­ ротивление системы, уменьшается расход охлаждающего воздуха.

104

Возможная форма исполнения глушителей для электровенти лятора показана на рис. 7-6, а для машин с самовентиляцией — на рис. 7-7.

Снижение шума, вызванное установкой глушителей, зависит в первую очередь от следующих обстоятельств: а) эффективности поглощения, которая возрастает с увеличением поверхности, покрытой звукопоглотителем; б) эффективности поглощения низ­ ких частот, которая повышается с ростом толщины звукопогло­ щающего слоя и его коэффициента звукопоглощения.

Рис. 7-7. Возможные формы исполнения глушителей для машин с 'са­ мовентиляцией

Второе положение обусловливает необходимую величину тол­ щины слоя звукопоглотителя и определяется по нижней границе спектра заглушаемого шума. Кроме того, в случае применения волокнистых звукопоглотителей, поглощение возрастает с повы­ шением частоты шума. Таким образом, путем выбора материала поглотителя, определяющего коэффициент звукопоглощения пло­ щади покрытия, и толщины его можно достигнуть эффективного поглощения шума.

На рис. 7-8 и 7-9 приведены спектрограммы шума электровен­ тилятора с производительностью 10 000 мъ/я и напором 150 мм вод. cm. и машины мощностью 40 кет при 3000 об/мин с глушителем и без глушителей.

1 0 5

Простейшим способом глушения аэродинамического шума является полное отделение машины от окружающей среды жест­ ким кожухом. При этом если применяются для кожуха одинарные

Рис. 7-8. Спектрограмма шума электровентилятора

Рис. 7-9. Спектрограмма шума машины с самовентиляцией

1 — с глушителем; 2 — без глушителя

стенки, то степень глушения не зависит от рода материала, из

которого выполнена стенка, а зависит от ее веса на единицу по­ верхности.

Вплоть до веса стенок 200 кгс/м2 (стальные листы толщиной 25 мм) для определения коэффициента звукоизоляции в деци­

106

белах справедлива приближенная формула:

где G — вес стенки, кгс/м2.

Так стальные листы толщиной 1 мм имеют коэффициент звуко­

крыть звукоизоляцией. Наличие проходных валов в кожухе, соединительных шин, а также вентиляционных каналов значи­ тельно снижает звукоизолирующее действие кожуха. Если сум­ марная площадь отверстий достигает 10% общей площади поверх­ ности кожуха, то его звукоизолирующая способность практически сводится к нулю.

В крупных электрических машинах эффективное подавление шума может быть достигнуто звуковой изоляцией внутренних или наружных поверхностей кожуха, которые наиболее интенсивно излучают шум. Такими излучателями шума особенно являются тонкостенные воздуховоды.

7-6. А Э Р О Д И Н А М И Ч Е С К И Й Ш У М М А Ш И Н Р А З Л И Ч Н О Г О И С П О Л Н Е Н И Я

В последние годы сделан ряд попыток связать шум машин с раз­ мерами встроенного вентилятора, конструкцией подшипникового щита со стороны вентилятора, геометрией якоря и поверхностью его охлаждения. Все эти попытки отражают стремление конструк­ торов электрических машин как можно более точно предопреде­ лить уровень шума машины на стадии ее проектирования.

Однако анализ измерений шума ряда однотипных машин пока­ зывает, что все же наблюдается еще значительное различие между отдельными машинами как по общему уровню громкости шума, так в особенности по отдельным его спектральным составляющим. Это свидетельствует о влиянии различных отклонений (даже в пре­ делах существующих допусков) на уровень громкости шума ма­ шины и, следовательно, о необходимости сужения допусков на сопрягаемые детали и ужесточения требований к сборке малошум­ ных машин.

Из-за большого разброса опытных данных невозможно уста­ новить строгие зависимости, связывающие шум машины с ее кон­ струкцией. Поэтому представляется целесообразным дать эмпи­ рические зависимости, позволяющие определить уровень гром­ кости шума проектируемой машины, имея для этого только основ­ ные номинальные данные.

Этими зависимостями можно пользоваться лищь при условии, что шум машины в основном обусловлен аэродинамическими источ­ никами, т. е. уровни тональных шумов, вызванные магнитными силами, щетками, эффектом «сирены» ограничены конструктив­ ными мерами. Указанные зависимости не могут быть применены

107