中小型防爆电机的噪声控制研究

2024-05-10李易霖

防爆电机 2024年1期

李易霖

(佳木斯防爆电机研究所有限公司,黑龙江佳木斯154005)

0 引言

中小型防爆电机在日常生活、生产中的应用较为常见,但同时,电机产生的噪音也对工作环境的舒适度带来直接影响,甚至还会直接损伤工人的听力。因此,在中小型防爆电机技术的发展过程中,对噪声的控制成为中小型防爆电机设计制造的重要内容。而在噪声控制的过程中,必须了解噪声的产生原因,在此基础上采取合理的措施进行控制,从而不断提升中小型防爆电机的可靠性。

1 中小型防爆电机噪声的来源

1.1 机械振动噪声

当电机内部的零件在高速旋转时,会受到离心力和惯性力的作用,产生振动。这些振动会通过机壳传导到周围的空气中,形成噪声。机械振动引起的噪声是中小型防爆电机主要的噪音来源,而造成机械振动噪声的原因较为复杂,通常会有以下几种原因。

1.1.1 不平衡振动

当电机内部的转子质量分布不均匀或者出现轴承磨损等情况时,转子在高速旋转时会产生不平衡振动。这种振动会导致电机内部产生冲击和震动,进而产生噪声。不平衡振动的频率一般比较低,通常在20Hz以下。

1.1.2 轴向振动

当电机内部的零件在轴向方向上产生振动时,会产生一种低频噪声,通常被称为“轴向嗡嗡声”。轴向振动的产生原因可能是由于轴承磨损、轴向力不平衡或者电机内部零件的松动等。

1.1.3 摩擦振动

当电机内部的零件之间的摩擦力过大时,会产生高频振动和噪声。例如,电机内部的轴承、齿轮和传动带等零件之间的摩擦力非常容易产生振动和噪声。摩擦振动的频率一般在1kHz以上。

1.2 磁场噪声

磁场噪声是因为磁场、电流变化而引起的。在设备日常运行的过程中,被维护人员称为防爆电机的“啸叫”现象。导致这种现象的主要原因是磁场不规律变化而产生的,导致相关问题产生的原因有以下几种。

1.2.1 电磁力引起的振动

当电机内部的绕组通电时会产生电磁力。由于电机内部的转子和定子之间存在一定的间隙,当电流通过定子绕组时,会在定子内部产生磁场。这个磁场会与转子磁场相互作用,从而产生电磁力。这些电磁力会使转子产生振动,并且将振动传递到机壳和周围的空气中,形成噪声。

1.2.2 磁场涡流损耗

当电机内部的绕组通电时,会在铁心中产生交变磁场,导致铁心内部产生涡流。这些涡流会产生热量和振动,导致涡流损耗现象的产生。而涡流损耗会使电机内部的铁心产生热量,从而引起温升和热膨胀,进而导致振动和噪声的产生[1]。涡流损耗的大小与铁心材料、绕组形状、频率和电流大小等因素有关。

1.2.3 磁通密度不均匀

当磁通密度不均匀时,高密度区域的铁心易于饱和,而低密度区域则容易产生剩磁效应。在电机工作时,这些区域会发生不断的磁化和去磁化,从而引起铁心内部的磁滞和剩磁效应。这些现象会使铁心内部产生热量和振动,进而产生噪声。磁通密度不均匀的原因,通常包括电机内部的磁路结构不合理、绕组的尺寸和形状不合适、电流失真等原因。

1.2.4 磁场共振

共振现象是由机械结构的固有频率和电机内部的磁场频率相匹配引起的。在电机工作时,电流通过绕组会产生磁场,这个磁场会与机械结构相互作用,从而导致机械结构发生振动。当机械结构的振动频率与电机内部的磁场频率相同或相近时,就会出现共振现象,使得振幅不断增大,产生噪声。磁场共振的原因,通过包括电机内部的磁场频率和机械结构的固有频率不相匹配、电机负载变化等原因。

1.3 气动噪声

1.3.1 气流的速度及压力变化

在气体通过狭缝或孔洞时,气体会因为空间的压缩而产生加速现象。在电机中,风扇叶片会产生气流并引起速度和压力变化,而电机的内部空间较小,当气体通过风扇叶片时,气体分子会受到约束并被迫加速,从而产生压力变化。这些变化会导致气体分子之间的碰撞和摩擦,进而产生噪声。

1.3.2 湍流现象

当气体通过管道或其他几何结构时,气体分子会受到约束并被迫改变方向。在这个过程中,气体分子之间会发生无序的碰撞和摩擦,从而产生噪声。在电机中,气体通过风扇叶片时会产生湍流流动。在湍流流动中,气体分子之间会发生不规则的碰撞和摩擦,从而产生噪声。

1.3.3 气体的震荡

当空气在电机内部流动时,与电机内部结构的接触会导致空气出现周期性的压缩和膨胀。而这种周期性的压缩和膨胀会导致气体分子以及结构之间的碰撞和摩擦,从而产生气体噪声。

例如在空气经过电机叶片、蜗壳等结构时,震荡现象导致的噪音现象。

1.3.4 气体共振

在防爆电机快速转动的过程中,空气经过电机的管道、腔室时,会由于电机的作用而产生共振现象。随着振幅不断的增加,防爆电机就会产生较大的噪声。

2 中小型防爆电机噪声控制的手段

2.1 机械振动噪声的控制手段

2.1.1 减震材料的应用

减震材料可以起到吸收、隔离、衰减振动的目的,因此在减少中小型防爆电机噪声的过程中,可以发挥良好的作用。通常情况下,中小型防爆电机的振动噪音主要在底座、支架、管道、轴承等位置,在应用的过程中可以根据不同振动噪声的特点,选择对应的橡胶、聚氨酯泡沫等材料来起到良好的减震效果[2]。例如在电机底座、支架等位置安装的橡胶垫,可以在减少防爆电机振动的同时,达到良好的减震效果。而在减震材料安装完成后,还需要进一步通过检查和调整的方式,对中小型防爆电机的振动情况进行检查,保证减震手段可以发挥良好的效果,并通过正确的安装和调整,满足噪声控制的目的。

2.1.2 调整转子结构

转子是中小型防爆电机的主要运动部件,其的运动是导致大多数振动噪音的主要原因,因此在中小型防爆电机的设计和制造的过程中,必须重视转子结构的有效调整,从而避免因转子运动而导致的噪音出现。首先,转子需要保持良好的平衡,在生产和安装的过程中,需要进一步对中小型防爆电机的转子进行平衡调整,确保转子的质量分布均匀。并确保转子的安装能够在电机结构上保持良好的平衡。其次,可以采取优化转子的方式减少振动和噪音的现象。一方面,需要使用低噪音的材料代替传统转子材料,从而有效降低噪声产生的几率。另一方面,则需要对转子的结构进行有效的调整,通过增加转子的叶片数、调整转子的同心度等方式,达到降低噪声的目的。

2.1.3 优化轴承结构

轴承结构的优化可以有效避免防爆电机不同结构接触部位产生的振动噪声。在设计的过程中,首先应当选择低噪声的轴承,例如使用钢珠轴承替代传统的滑动轴承,或者使用低噪声材料制造的轴承达到降低噪声的目的。其次,应当减少轴承接触部位的摩擦,通过润滑剂、磁悬浮、气体轴承等方式减少轴承接触部位的摩擦,从而减少因为摩擦产生的噪声现象。此外,在轴承安装的过程中,也可以通过增加轴承支撑点的数量,避免轴承不平衡的现象,并使用隔震垫等方式有效减少振动噪声。并进一步通过内部结构的优化,使用减震结构的设计,减少轴承内部出现的振动和噪音,并通过高精度制造的方式,提升轴承内部的制造精度,以有效减少轴承摩擦、不平衡等原因造成的振动现象[3]。

2.2 磁场噪声的控制手段

2.2.1 优化磁路结构

优化磁路结构可以有效减少磁场不平衡现象的产生,对于进一步降低磁场噪声具有十分重要的作用。而在实际优化的过程中,首先应当进一步对铁心结构展开优化。对其的优化,可以有效减少磁通泄漏和磁滞损耗的现象,使中小型防爆电机不会出现磁场不均匀变化的现象,从而对噪声进行控制。在具体的应用过程中,可以对铁芯表面进行特殊涂层处理来达到优化铁心的目的。其次,则需要对线圈结构展开进一步的优化,使用高导电率的材料,减少感应电流和涡流出现的损耗,在保证磁场不会出现不平衡的同时,可以进一步避免噪声的出现。

2.2.2 降低电流谐波失真

降低电流谐波失真,对于提升磁场的稳定性,减少磁通泄漏,磁滞损耗具有十分重要的作用。首先,在中小型防爆电机供电的过程中,可以优先使用低谐波变频器、谐波滤波器的方式,减少谐波电流的产生。利用变频器以及滤波器,可以有效降低电流谐波失真的现象,并对设备运行的谐波电流进行滤波和补偿,从而使电流的稳定性得到有效的提升,有效减少磁场共振、失稳现象的产生。其次,可以进一步优化变频器与防爆电机的线缆布置,减少线缆之间的干扰现象,并进一步增加电容器,使系统整体的功率因数和稳定性得到有效的控制,进一步抑制电流谐波失真现象的产生。

2.3 气动噪声的控制手段

2.3.1 采用降噪罩

利用降噪罩降低噪声是防爆电机噪声控制的主要手段之一,通过在电机进出口设置孔洞,在保证电机正常通风的情况下,将降噪罩覆盖整个电机,从而有效控制电机产生的噪音。并对气体的流向展开进一步的优化,从而满足噪声控制的目的。但在实际安装的过程中,需要注意降噪罩与电机之间的间隙应当保持越小越好,而孔洞的位置也需要进行有效的调整,并使用具有较高吸声效率的降噪罩。同时,同时还可以在降噪罩内使用导流板、隔板,进一步优化电机的气体流动,从而避免气体振动、湍流、震荡、共振等现象的产生,有效控制气动噪声[4]。

2.3.2 优化通风系统

空气的流动是导致气动噪声的主要原因,为了解决因空气流动、碰撞导致的噪声,需要进一步对通风系统展开有效的优化。通过对进气口、出气口、散热等部位的结构、气体流动情况展开有效的分析,并使用通风扇、风道的优化等方式,有效提升通风系统的工作效率,从而减少空气流动过程中出现的振动、湍流、碰撞等现象产生的噪声。