中小型防爆電機(jī)的噪聲控制研究

李易霖

(佳木斯防爆電機(jī)研究所有限公司,黑龍江佳木斯154005)

0 引言

中小型防爆電機(jī)在日常生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用較為常見,但同時(shí),電機(jī)產(chǎn)生的噪音也對(duì)工作環(huán)境的舒適度帶來直接影響,甚至還會(huì)直接損傷工人的聽力。因此,在中小型防爆電機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程中,對(duì)噪聲的控制成為中小型防爆電機(jī)設(shè)計(jì)制造的重要內(nèi)容。而在噪聲控制的過程中,必須了解噪聲的產(chǎn)生原因,在此基礎(chǔ)上采取合理的措施進(jìn)行控制,從而不斷提升中小型防爆電機(jī)的可靠性。

1 中小型防爆電機(jī)噪聲的來源

1.1 機(jī)械振動(dòng)噪聲

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的零件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),會(huì)受到離心力和慣性力的作用,產(chǎn)生振動(dòng)。這些振動(dòng)會(huì)通過機(jī)殼傳導(dǎo)到周圍的空氣中,形成噪聲。機(jī)械振動(dòng)引起的噪聲是中小型防爆電機(jī)主要的噪音來源,而造成機(jī)械振動(dòng)噪聲的原因較為復(fù)雜,通常會(huì)有以下幾種原因。

1.1.1 不平衡振動(dòng)

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻或者出現(xiàn)軸承磨損等情況時(shí),轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不平衡振動(dòng)。這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生沖擊和震動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。不平衡振動(dòng)的頻率一般比較低,通常在20Hz以下。

1.1.2 軸向振動(dòng)

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的零件在軸向方向上產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一種低頻噪聲,通常被稱為“軸向嗡嗡聲”。軸向振動(dòng)的產(chǎn)生原因可能是由于軸承磨損、軸向力不平衡或者電機(jī)內(nèi)部零件的松動(dòng)等。

1.1.3 摩擦振動(dòng)

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的零件之間的摩擦力過大時(shí),會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)和噪聲。例如,電機(jī)內(nèi)部的軸承、齒輪和傳動(dòng)帶等零件之間的摩擦力非常容易產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。摩擦振動(dòng)的頻率一般在1kHz以上。

1.2 磁場(chǎng)噪聲

磁場(chǎng)噪聲是因?yàn)榇艌?chǎng)、電流變化而引起的。在設(shè)備日常運(yùn)行的過程中,被維護(hù)人員稱為防爆電機(jī)的“嘯叫”現(xiàn)象。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是磁場(chǎng)不規(guī)律變化而產(chǎn)生的,導(dǎo)致相關(guān)問題產(chǎn)生的原因有以下幾種。

1.2.1 電磁力引起的振動(dòng)

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的繞組通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁力。由于電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子和定子之間存在一定的間隙,當(dāng)電流通過定子繞組時(shí),會(huì)在定子內(nèi)部產(chǎn)生磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用,從而產(chǎn)生電磁力。這些電磁力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng),并且將振動(dòng)傳遞到機(jī)殼和周圍的空氣中,形成噪聲。

1.2.2 磁場(chǎng)渦流損耗

當(dāng)電機(jī)內(nèi)部的繞組通電時(shí),會(huì)在鐵心中產(chǎn)生交變磁場(chǎng),導(dǎo)致鐵心內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這些渦流會(huì)產(chǎn)生熱量和振動(dòng),導(dǎo)致渦流損耗現(xiàn)象的產(chǎn)生。而渦流損耗會(huì)使電機(jī)內(nèi)部的鐵心產(chǎn)生熱量,從而引起溫升和熱膨脹,進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生[1]。渦流損耗的大小與鐵心材料、繞組形狀、頻率和電流大小等因素有關(guān)。

1.2.3 磁通密度不均勻

當(dāng)磁通密度不均勻時(shí),高密度區(qū)域的鐵心易于飽和,而低密度區(qū)域則容易產(chǎn)生剩磁效應(yīng)。在電機(jī)工作時(shí),這些區(qū)域會(huì)發(fā)生不斷的磁化和去磁化,從而引起鐵心內(nèi)部的磁滯和剩磁效應(yīng)。這些現(xiàn)象會(huì)使鐵心內(nèi)部產(chǎn)生熱量和振動(dòng),進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。磁通密度不均勻的原因,通常包括電機(jī)內(nèi)部的磁路結(jié)構(gòu)不合理、繞組的尺寸和形狀不合適、電流失真等原因。

1.2.4 磁場(chǎng)共振

共振現(xiàn)象是由機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)頻率相匹配引起的。在電機(jī)工作時(shí),電流通過繞組會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)會(huì)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相互作用,從而導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。當(dāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率與電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)頻率相同或相近時(shí),就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象,使得振幅不斷增大,產(chǎn)生噪聲。磁場(chǎng)共振的原因,通過包括電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)頻率和機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率不相匹配、電機(jī)負(fù)載變化等原因。

1.3 氣動(dòng)噪聲

1.3.1 氣流的速度及壓力變化

在氣體通過狹縫或孔洞時(shí),氣體會(huì)因?yàn)榭臻g的壓縮而產(chǎn)生加速現(xiàn)象。在電機(jī)中,風(fēng)扇葉片會(huì)產(chǎn)生氣流并引起速度和壓力變化,而電機(jī)的內(nèi)部空間較小,當(dāng)氣體通過風(fēng)扇葉片時(shí),氣體分子會(huì)受到約束并被迫加速,從而產(chǎn)生壓力變化。這些變化會(huì)導(dǎo)致氣體分子之間的碰撞和摩擦,進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。

1.3.2 湍流現(xiàn)象

當(dāng)氣體通過管道或其他幾何結(jié)構(gòu)時(shí),氣體分子會(huì)受到約束并被迫改變方向。在這個(gè)過程中,氣體分子之間會(huì)發(fā)生無(wú)序的碰撞和摩擦,從而產(chǎn)生噪聲。在電機(jī)中,氣體通過風(fēng)扇葉片時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流流動(dòng)。在湍流流動(dòng)中,氣體分子之間會(huì)發(fā)生不規(guī)則的碰撞和摩擦,從而產(chǎn)生噪聲。

1.3.3 氣體的震蕩

當(dāng)空氣在電機(jī)內(nèi)部流動(dòng)時(shí),與電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的接觸會(huì)導(dǎo)致空氣出現(xiàn)周期性的壓縮和膨脹。而這種周期性的壓縮和膨脹會(huì)導(dǎo)致氣體分子以及結(jié)構(gòu)之間的碰撞和摩擦,從而產(chǎn)生氣體噪聲。

例如在空氣經(jīng)過電機(jī)葉片、蝸殼等結(jié)構(gòu)時(shí),震蕩現(xiàn)象導(dǎo)致的噪音現(xiàn)象。

1.3.4 氣體共振

在防爆電機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,空氣經(jīng)過電機(jī)的管道、腔室時(shí),會(huì)由于電機(jī)的作用而產(chǎn)生共振現(xiàn)象。隨著振幅不斷的增加,防爆電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲。

2 中小型防爆電機(jī)噪聲控制的手段

2.1 機(jī)械振動(dòng)噪聲的控制手段

2.1.1 減震材料的應(yīng)用

減震材料可以起到吸收、隔離、衰減振動(dòng)的目的,因此在減少中小型防爆電機(jī)噪聲的過程中,可以發(fā)揮良好的作用。通常情況下,中小型防爆電機(jī)的振動(dòng)噪音主要在底座、支架、管道、軸承等位置,在應(yīng)用的過程中可以根據(jù)不同振動(dòng)噪聲的特點(diǎn),選擇對(duì)應(yīng)的橡膠、聚氨酯泡沫等材料來起到良好的減震效果[2]。例如在電機(jī)底座、支架等位置安裝的橡膠墊,可以在減少防爆電機(jī)振動(dòng)的同時(shí),達(dá)到良好的減震效果。而在減震材料安裝完成后,還需要進(jìn)一步通過檢查和調(diào)整的方式,對(duì)中小型防爆電機(jī)的振動(dòng)情況進(jìn)行檢查,保證減震手段可以發(fā)揮良好的效果,并通過正確的安裝和調(diào)整,滿足噪聲控制的目的。

2.1.2 調(diào)整轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子是中小型防爆電機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)部件,其的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致大多數(shù)振動(dòng)噪音的主要原因,因此在中小型防爆電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造的過程中,必須重視轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的有效調(diào)整,從而避免因轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的噪音出現(xiàn)。首先,轉(zhuǎn)子需要保持良好的平衡,在生產(chǎn)和安裝的過程中,需要進(jìn)一步對(duì)中小型防爆電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行平衡調(diào)整,確保轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻。并確保轉(zhuǎn)子的安裝能夠在電機(jī)結(jié)構(gòu)上保持良好的平衡。其次,可以采取優(yōu)化轉(zhuǎn)子的方式減少振動(dòng)和噪音的現(xiàn)象。一方面,需要使用低噪音的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)轉(zhuǎn)子材料,從而有效降低噪聲產(chǎn)生的幾率。另一方面,則需要對(duì)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的調(diào)整,通過增加轉(zhuǎn)子的葉片數(shù)、調(diào)整轉(zhuǎn)子的同心度等方式,達(dá)到降低噪聲的目的。

2.1.3 優(yōu)化軸承結(jié)構(gòu)

軸承結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以有效避免防爆電機(jī)不同結(jié)構(gòu)接觸部位產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。在設(shè)計(jì)的過程中,首先應(yīng)當(dāng)選擇低噪聲的軸承,例如使用鋼珠軸承替代傳統(tǒng)的滑動(dòng)軸承,或者使用低噪聲材料制造的軸承達(dá)到降低噪聲的目的。其次,應(yīng)當(dāng)減少軸承接觸部位的摩擦,通過潤(rùn)滑劑、磁懸浮、氣體軸承等方式減少軸承接觸部位的摩擦,從而減少因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的噪聲現(xiàn)象。此外,在軸承安裝的過程中,也可以通過增加軸承支撐點(diǎn)的數(shù)量,避免軸承不平衡的現(xiàn)象,并使用隔震墊等方式有效減少振動(dòng)噪聲。并進(jìn)一步通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,使用減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),減少軸承內(nèi)部出現(xiàn)的振動(dòng)和噪音,并通過高精度制造的方式,提升軸承內(nèi)部的制造精度,以有效減少軸承摩擦、不平衡等原因造成的振動(dòng)現(xiàn)象[3]。

2.2 磁場(chǎng)噪聲的控制手段

2.2.1 優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)

優(yōu)化磁路結(jié)構(gòu)可以有效減少磁場(chǎng)不平衡現(xiàn)象的產(chǎn)生,對(duì)于進(jìn)一步降低磁場(chǎng)噪聲具有十分重要的作用。而在實(shí)際優(yōu)化的過程中,首先應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)鐵心結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化。對(duì)其的優(yōu)化,可以有效減少磁通泄漏和磁滯損耗的現(xiàn)象,使中小型防爆電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)磁場(chǎng)不均勻變化的現(xiàn)象,從而對(duì)噪聲進(jìn)行控制。在具體的應(yīng)用過程中,可以對(duì)鐵芯表面進(jìn)行特殊涂層處理來達(dá)到優(yōu)化鐵心的目的。其次,則需要對(duì)線圈結(jié)構(gòu)展開進(jìn)一步的優(yōu)化,使用高導(dǎo)電率的材料,減少感應(yīng)電流和渦流出現(xiàn)的損耗,在保證磁場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)不平衡的同時(shí),可以進(jìn)一步避免噪聲的出現(xiàn)。

2.2.2 降低電流諧波失真

降低電流諧波失真,對(duì)于提升磁場(chǎng)的穩(wěn)定性,減少磁通泄漏,磁滯損耗具有十分重要的作用。首先,在中小型防爆電機(jī)供電的過程中,可以優(yōu)先使用低諧波變頻器、諧波濾波器的方式,減少諧波電流的產(chǎn)生。利用變頻器以及濾波器,可以有效降低電流諧波失真的現(xiàn)象,并對(duì)設(shè)備運(yùn)行的諧波電流進(jìn)行濾波和補(bǔ)償,從而使電流的穩(wěn)定性得到有效的提升,有效減少磁場(chǎng)共振、失穩(wěn)現(xiàn)象的產(chǎn)生。其次,可以進(jìn)一步優(yōu)化變頻器與防爆電機(jī)的線纜布置,減少線纜之間的干擾現(xiàn)象,并進(jìn)一步增加電容器,使系統(tǒng)整體的功率因數(shù)和穩(wěn)定性得到有效的控制,進(jìn)一步抑制電流諧波失真現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.3 氣動(dòng)噪聲的控制手段

2.3.1 采用降噪罩

利用降噪罩降低噪聲是防爆電機(jī)噪聲控制的主要手段之一,通過在電機(jī)進(jìn)出口設(shè)置孔洞,在保證電機(jī)正常通風(fēng)的情況下,將降噪罩覆蓋整個(gè)電機(jī),從而有效控制電機(jī)產(chǎn)生的噪音。并對(duì)氣體的流向展開進(jìn)一步的優(yōu)化,從而滿足噪聲控制的目的。但在實(shí)際安裝的過程中,需要注意降噪罩與電機(jī)之間的間隙應(yīng)當(dāng)保持越小越好,而孔洞的位置也需要進(jìn)行有效的調(diào)整,并使用具有較高吸聲效率的降噪罩。同時(shí),同時(shí)還可以在降噪罩內(nèi)使用導(dǎo)流板、隔板,進(jìn)一步優(yōu)化電機(jī)的氣體流動(dòng),從而避免氣體振動(dòng)、湍流、震蕩、共振等現(xiàn)象的產(chǎn)生,有效控制氣動(dòng)噪聲[4]。

2.3.2 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

空氣的流動(dòng)是導(dǎo)致氣動(dòng)噪聲的主要原因,為了解決因空氣流動(dòng)、碰撞導(dǎo)致的噪聲,需要進(jìn)一步對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)展開有效的優(yōu)化。通過對(duì)進(jìn)氣口、出氣口、散熱等部位的結(jié)構(gòu)、氣體流動(dòng)情況展開有效的分析,并使用通風(fēng)扇、風(fēng)道的優(yōu)化等方式,有效提升通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率,從而減少空氣流動(dòng)過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、湍流、碰撞等現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述,噪聲是一種常見的工業(yè)污染,為了進(jìn)一步提升中小型防爆電機(jī)的應(yīng)用效果,提升企業(yè)的環(huán)保水平,需要進(jìn)一步展開對(duì)中小型防爆鏈接噪聲控制的深入研究,采取各種手段有效優(yōu)化中小型防爆電機(jī)。在減少噪音來源的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步采用噪音控制的方式,提升生產(chǎn)環(huán)境的環(huán)保、健康水平,為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。