中小型防爆電機的噪聲控制研究

李易霖

(佳木斯防爆電機研究所有限公司,黑龍江佳木斯154005)

0 引言

中小型防爆電機在日常生活、生產中的應用較為常見,但同時,電機產生的噪音也對工作環境的舒適度帶來直接影響,甚至還會直接損傷工人的聽力。因此,在中小型防爆電機技術的發展過程中,對噪聲的控制成為中小型防爆電機設計制造的重要內容。而在噪聲控制的過程中,必須了解噪聲的產生原因,在此基礎上采取合理的措施進行控制,從而不斷提升中小型防爆電機的可靠性。

1 中小型防爆電機噪聲的來源

1.1 機械振動噪聲

當電機內部的零件在高速旋轉時,會受到離心力和慣性力的作用,產生振動。這些振動會通過機殼傳導到周圍的空氣中,形成噪聲。機械振動引起的噪聲是中小型防爆電機主要的噪音來源,而造成機械振動噪聲的原因較為復雜,通常會有以下幾種原因。

1.1.1 不平衡振動

當電機內部的轉子質量分布不均勻或者出現軸承磨損等情況時,轉子在高速旋轉時會產生不平衡振動。這種振動會導致電機內部產生沖擊和震動,進而產生噪聲。不平衡振動的頻率一般比較低,通常在20Hz以下。

1.1.2 軸向振動

當電機內部的零件在軸向方向上產生振動時,會產生一種低頻噪聲,通常被稱為“軸向嗡嗡聲”。軸向振動的產生原因可能是由于軸承磨損、軸向力不平衡或者電機內部零件的松動等。

1.1.3 摩擦振動

當電機內部的零件之間的摩擦力過大時,會產生高頻振動和噪聲。例如,電機內部的軸承、齒輪和傳動帶等零件之間的摩擦力非常容易產生振動和噪聲。摩擦振動的頻率一般在1kHz以上。

1.2 磁場噪聲

磁場噪聲是因為磁場、電流變化而引起的。在設備日常運行的過程中,被維護人員稱為防爆電機的“嘯叫”現象。導致這種現象的主要原因是磁場不規律變化而產生的,導致相關問題產生的原因有以下幾種。

1.2.1 電磁力引起的振動

當電機內部的繞組通電時會產生電磁力。由于電機內部的轉子和定子之間存在一定的間隙,當電流通過定子繞組時,會在定子內部產生磁場。這個磁場會與轉子磁場相互作用,從而產生電磁力。這些電磁力會使轉子產生振動,并且將振動傳遞到機殼和周圍的空氣中,形成噪聲。

1.2.2 磁場渦流損耗

當電機內部的繞組通電時,會在鐵心中產生交變磁場,導致鐵心內部產生渦流。這些渦流會產生熱量和振動,導致渦流損耗現象的產生。而渦流損耗會使電機內部的鐵心產生熱量,從而引起溫升和熱膨脹,進而導致振動和噪聲的產生[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。

1.2.3 磁通密度不均勻

當磁通密度不均勻時,高密度區域的鐵心易于飽和,而低密度區域則容易產生剩磁效應。在電機工作時,這些區域會發生不斷的磁化和去磁化,從而引起鐵心內部的磁滯和剩磁效應。這些現象會使鐵心內部產生熱量和振動,進而產生噪聲。磁通密度不均勻的原因,通常包括電機內部的磁路結構不合理、繞組的尺寸和形狀不合適、電流失真等原因。

1.2.4 磁場共振

共振現象是由機械結構的固有頻率和電機內部的磁場頻率相匹配引起的。在電機工作時,電流通過繞組會產生磁場,這個磁場會與機械結構相互作用,從而導致機械結構發生振動。當機械結構的振動頻率與電機內部的磁場頻率相同或相近時,就會出現共振現象,使得振幅不斷增大,產生噪聲。磁場共振的原因,通過包括電機內部的磁場頻率和機械結構的固有頻率不相匹配、電機負載變化等原因。

1.3 氣動噪聲

1.3.1 氣流的速度及壓力變化

在氣體通過狹縫或孔洞時,氣體會因為空間的壓縮而產生加速現象。在電機中,風扇葉片會產生氣流并引起速度和壓力變化,而電機的內部空間較小,當氣體通過風扇葉片時,氣體分子會受到約束并被迫加速,從而產生壓力變化。這些變化會導致氣體分子之間的碰撞和摩擦,進而產生噪聲。

1.3.2 湍流現象

當氣體通過管道或其他幾何結構時,氣體分子會受到約束并被迫改變方向。在這個過程中,氣體分子之間會發生無序的碰撞和摩擦,從而產生噪聲。在電機中,氣體通過風扇葉片時會產生湍流流動。在湍流流動中,氣體分子之間會發生不規則的碰撞和摩擦,從而產生噪聲。

1.3.3 氣體的震蕩

當空氣在電機內部流動時,與電機內部結構的接觸會導致空氣出現周期性的壓縮和膨脹。而這種周期性的壓縮和膨脹會導致氣體分子以及結構之間的碰撞和摩擦,從而產生氣體噪聲。

例如在空氣經過電機葉片、蝸殼等結構時,震蕩現象導致的噪音現象。

1.3.4 氣體共振

在防爆電機快速轉動的過程中,空氣經過電機的管道、腔室時,會由于電機的作用而產生共振現象。隨著振幅不斷的增加,防爆電機就會產生較大的噪聲。

2 中小型防爆電機噪聲控制的手段

2.1 機械振動噪聲的控制手段

2.1.1 減震材料的應用

減震材料可以起到吸收、隔離、衰減振動的目的,因此在減少中小型防爆電機噪聲的過程中,可以發揮良好的作用。通常情況下,中小型防爆電機的振動噪音主要在底座、支架、管道、軸承等位置,在應用的過程中可以根據不同振動噪聲的特點,選擇對應的橡膠、聚氨酯泡沫等材料來起到良好的減震效果[2]。例如在電機底座、支架等位置安裝的橡膠墊,可以在減少防爆電機振動的同時,達到良好的減震效果。而在減震材料安裝完成后,還需要進一步通過檢查和調整的方式,對中小型防爆電機的振動情況進行檢查,保證減震手段可以發揮良好的效果,并通過正確的安裝和調整,滿足噪聲控制的目的。

2.1.2 調整轉子結構

轉子是中小型防爆電機的主要運動部件,其的運動是導致大多數振動噪音的主要原因,因此在中小型防爆電機的設計和制造的過程中,必須重視轉子結構的有效調整,從而避免因轉子運動而導致的噪音出現。首先,轉子需要保持良好的平衡,在生產和安裝的過程中,需要進一步對中小型防爆電機的轉子進行平衡調整,確保轉子的質量分布均勻。并確保轉子的安裝能夠在電機結構上保持良好的平衡。其次,可以采取優化轉子的方式減少振動和噪音的現象。一方面,需要使用低噪音的材料代替傳統轉子材料,從而有效降低噪聲產生的幾率。另一方面,則需要對轉子的結構進行有效的調整,通過增加轉子的葉片數、調整轉子的同心度等方式,達到降低噪聲的目的。

2.1.3 優化軸承結構

軸承結構的優化可以有效避免防爆電機不同結構接觸部位產生的振動噪聲。在設計的過程中,首先應當選擇低噪聲的軸承,例如使用鋼珠軸承替代傳統的滑動軸承,或者使用低噪聲材料制造的軸承達到降低噪聲的目的。其次,應當減少軸承接觸部位的摩擦,通過潤滑劑、磁懸浮、氣體軸承等方式減少軸承接觸部位的摩擦,從而減少因為摩擦產生的噪聲現象。此外,在軸承安裝的過程中,也可以通過增加軸承支撐點的數量,避免軸承不平衡的現象,并使用隔震墊等方式有效減少振動噪聲。并進一步通過內部結構的優化,使用減震結構的設計,減少軸承內部出現的振動和噪音,并通過高精度制造的方式,提升軸承內部的制造精度,以有效減少軸承摩擦、不平衡等原因造成的振動現象[3]。

2.2 磁場噪聲的控制手段

2.2.1 優化磁路結構

優化磁路結構可以有效減少磁場不平衡現象的產生,對于進一步降低磁場噪聲具有十分重要的作用。而在實際優化的過程中,首先應當進一步對鐵心結構展開優化。對其的優化,可以有效減少磁通泄漏和磁滯損耗的現象,使中小型防爆電機不會出現磁場不均勻變化的現象,從而對噪聲進行控制。在具體的應用過程中,可以對鐵芯表面進行特殊涂層處理來達到優化鐵心的目的。其次,則需要對線圈結構展開進一步的優化,使用高導電率的材料,減少感應電流和渦流出現的損耗,在保證磁場不會出現不平衡的同時,可以進一步避免噪聲的出現。

2.2.2 降低電流諧波失真

降低電流諧波失真,對于提升磁場的穩定性,減少磁通泄漏,磁滯損耗具有十分重要的作用。首先,在中小型防爆電機供電的過程中,可以優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象,并對設備運行的諧波電流進行濾波和補償,從而使電流的穩定性得到有效的提升,有效減少磁場共振、失穩現象的產生。其次,可以進一步優化變頻器與防爆電機的線纜布置,減少線纜之間的干擾現象,并進一步增加電容器,使系統整體的功率因數和穩定性得到有效的控制,進一步抑制電流諧波失真現象的產生。

2.3 氣動噪聲的控制手段

2.3.1 采用降噪罩

利用降噪罩降低噪聲是防爆電機噪聲控制的主要手段之一,通過在電機進出口設置孔洞,在保證電機正常通風的情況下,將降噪罩覆蓋整個電機,從而有效控制電機產生的噪音。并對氣體的流向展開進一步的優化,從而滿足噪聲控制的目的。但在實際安裝的過程中,需要注意降噪罩與電機之間的間隙應當保持越小越好,而孔洞的位置也需要進行有效的調整,并使用具有較高吸聲效率的降噪罩。同時,同時還可以在降噪罩內使用導流板、隔板,進一步優化電機的氣體流動,從而避免氣體振動、湍流、震蕩、共振等現象的產生,有效控制氣動噪聲[4]。

2.3.2 優化通風系統

空氣的流動是導致氣動噪聲的主要原因,為了解決因空氣流動、碰撞導致的噪聲,需要進一步對通風系統展開有效的優化。通過對進氣口、出氣口、散熱等部位的結構、氣體流動情況展開有效的分析,并使用通風扇、風道的優化等方式,有效提升通風系統的工作效率,從而減少空氣流動過程中出現的振動、湍流、碰撞等現象產生的噪聲。

3 結語

綜上所述,噪聲是一種常見的工業污染,為了進一步提升中小型防爆電機的應用效果,提升企業的環保水平,需要進一步展開對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化中小型防爆電機。在減少噪音來源的基礎上,進一步采用噪音控制的方式,提升生產環境的環保、健康水平,為企業的可持續發展打下良好的基礎。