ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИЙ И УРОВНЯ ШУМА

Технические требования к уровню шумов и вибраций. Технические требования к уровню шумов и вибраций ЭМ сформулированы в стандартах, а также в технических условиях на отдельные виды ЭМ. Так, например, в ГОСТ 16372–84 (СТ СЭВ 1348–78) и публикациях МЭК нормированы допустимые уровни шума, в ГОСТ 20832–75 установлены нормы и допустимые вибрации ЭМ малой мощности, имеющих массу от 0,02 до 0,5 кг и рабочую частоту вращения до 60000 об/мин включительно, в ГОСТ I692I–83 – нормы шума для ЭМ с массой от 0,5 до 2000 кг, а в ГОСТ 20815–75 (СТ СЭВ 1097–78) – допустимые значения вибраций для крупных ЭМ – с массой свыше 2000 кг.

ОБЩИЙ ШУМ ЭМ

Шумы, возбуждаемые аэродинамическими, магнитными и механическими факторами, а также подшипниками и щетками, образуют шум ЭМ. Звуковые частоты охватывают диапазон от 16 до 16000 Гц.

Аэродинамический шум появляется в результате турбулентного движения газообразной охлаждающей среды при вращении ротора и вен­тилятора ЭМ. Отражающиеся от вращающейся поверхности завихрения вы­зывают широкополюсный шум, энергия которого спектрально распределена по всему диапазону слышимости.

Шум вентилятора в основном зависит от его окружной скорости. Так у ЭМ с окружными скоростями свыше 60 м/c общий уровень шума определяется в большинстве случаев только аэродинамическим вихрем вентилятора. К аэродинамическим шумам относятся и сиренные эффекты, возникающие, когда сжатый вентилятором воздух или газ наталкивается на такие препятствия как ребра корпуса или подшипникового щита, крепящие болты и другие подобные детали. Эти препятствия становятся сферическими излучателями продольных волн. В случае рав­номерного шага лопаток вентилятора основная частота (Гц) сиренногозвука составляет f = zn; где z – число лопаток вентилятора; n – частота вращения, об/с.

Магнитный шум появляется вследствие возникновения вынужденных колебаний статора и ротора ЭМ под действием знакопеременных электромагнитных сил, имеющих периодический характер. Магнитный шум в основном обусловлен радиальными усилиями, пропорциональными квадрату магнитной индукции в воздушном зазоре машины. Из-за сложного характера распределения магнитного поля в воздушном зазоре возникающий магнитный шум является широкополосным.

Шум подшипников обуславливается главным образом небалансом и неточностью изготовления элементов подшипников качения. Интенсивность шума возрастает с увеличением диаметра подшипника, скорости вращения вала, сил одностороннего магнитного тяжения и неуравновешенности ротора. Основная частота шума обусловленного небалансом подшипников не превышает частоту вращения ротора, т.е. приходится нанижний диапазон слышимости. Неточность изготовления подшипников приводит к появлению шума с частотой, превышающей частоту вращения ротора и пропорциональной количеству дифференцированных элементов качения.

Шум щеток возникает при их скольжении по коллектору и зависит от качества поверхности коллектора, состояние притирки щеток, степени их давления на коллектор. В составляющих шума щеток наиболее выраженные звуки обусловлены периодическим прохождением коллекторных пластин под щетками (так называемый шум удара) частота этих звуков пропорциональна частоте вращения и количеству коллекторных пластин, поэтому шум щеток является высокочастотным: f_к = nк, где к – число коллекторных пластин.

Шум, возбуждаемый механическими факторами, возникает вследствие распространения вибраций подшипников или внутренних частей машины на большие площади фундаментов или кожухов. Этот структурный шум преобразуется в аэродинамический и излучается в окружающую среду. Если причиной вибрации является плохая балансировка ротора, то шумы в большинстве случаев являются низкочастотными, т.к. нижняя граница диапазона слышимости 16 Гц соответствует частоте вращения 960 об/мин.

При оценке уровня шума основными нормируемой величинами являются средний уровень звука на расстоянии 1 м от ее контура и корректированный уровень звуковой мощности. Для большинства ЭМ с самовентиляцией корректированный уровень звука L_A (дБ) определяется номинальной мощностью Р (кВт) и квадратом частоты вращения n (об/мин):

(4.6)

где l – расстояние от наружного контура машины до измерительной поверхности, м; С – эмпирическая постоянная, которая в зависимости от конструктивных и технологических особенностей ЭМ можетменяться в широких пределах; величина С позволяет предварительно судить о степени малошумности ЭМ.

Формула (4.6) послужила для разработки ГОСТ 16372-84 норм допустимого уровня дума для большинства электрических машин. По стандарту все ЭМ разбиты на четыре класса.Класс 1 – ЭМ общего назначения, к которым не предъявляются жесткие требования по шуму и поэтому в их конструкциях не предусмотрено специальных мер для снижения шума.

ЭМ классов 2,3,4 должны иметь уровень дума соответственно на 5,10 и 15 дБ ниже, чем машины класса 1.

Для ЭМ мощностью свыше 1000 кВт основным источником шума является пристроенный вентилятор охлаждения со своим двигателем. Поэтому измерение уровня шума этих машин в зависимости от мощности и частоты вращения не подчиняется зависимости (4.6).

Помимо среднего уровня дума ГОСТ 16372-84 устанавливает пре­дельные значения октавных уровней звуковой мощности:

где L_PA – корректированный уровень звуковой мощности; ΔL_P – поправка к уровню звуковой мощности. Значения ΔL_P в зависимости от среднегеометрической частоты октавы составляют:

Технические нормы на допустимую вибрацию ЭМ устанавливают ГОСТ 20832–75; ГОСТ 16921–83 и ГОСТ 208–15–75. В качестве основной нормируемой величины в них принято эффективное значение виброскорости.

ГОСТ 20832–75, который устанавливает нормы допустимых вибраций для машин малой мощности с массой 0,02 до 0,5 кг и частотой вращения до 60000 об/мин включительно устанавливает восемь классов по значению вибраций, создаваемых этими машинами. Индексы классов соответствуют допустимой для данного класса эффективной вибрационной скорости v_э, которая составляет:

В ГОСТ 16921–83 установлены допустимые значения вибраций для вращающихся ЭМ общего и специального назначения массой от 0,5 до 2000 кг, с рабочей частотой вращения от 600 до 12000 об/мин. Основными параметрами вибрации, контролируемые этим стандартом, является максимальное из средних квадратичных значений виброскоростей, измеренных в диапазоне от рабочей частоты вращения до 2000 Гц. Кроме указанного основного параметра вибрации могут оцениваться такие спектральные составляющие виброскорости в диапазоне до 2000 Гц или виброускорения в диапазоне, включающем более высокие частоты. В ГОСТ 16921-83 указаны максимально допустимые значения среднеквадратичных значений виброскорости v_эmax для различных классов:

В зависимости от требований по вибрации ЭМ, попадающие под действием этого стандарта подразделяются на категории: нормальные N, пониженной вибрации R и с особо жесткими требованиями по вибрации S.

Таблица 4.1

Аппаратура для измерения уровня шума, вибраций и биения

Прибор для измерения шума (уровня звукаили звукового давления) состоит из микрофона, усилителя частотных фильтров и индикатора и называется шумомером, представляющим собой переносной аппарат.

В зависимости от точности измерения шумомеры подразделяются на четыре класса: 0, 1, 2, 3. Класс 0 применяется в качестве образ­цового средства измерения, класс 1 - для точных лабораторных и натур­ныхизмерений, класс 2 - для измерений нормальной точности, класс 3 - для ориентировочных измерений.

Шумомер показывает уровень интенсивности звука (дБ), но не регистрирует частотного спектра шума. Измерение спектра амплитуд шума производят с помощью анализатора частот.

Для одновременного измерения и анализа звуков применяется универсальный прибор - частотный спектрометр.

Для измерения механических вибраций обычно применяют те же приборы. Они отличаются от приборов для измерения шума только дат­чиками. Обычно используют пьезоэлектрические и электродинамические датчики. В электродинамических датчиках генерируемое напряжение про­порционально скорости вибраций, а в пьезоэлектрических - ускорению.

Виброметр - устройство, состоящее из датчика, усилителя, интегрирующихили дифференцирующих контуров.

Для анализа шума необходимы спецпомещения. Такие помещения называют заглушенными камерами.