МИНОБРНАУКИ РОССИИ
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
А. В. КАРАСЕВ
АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Учебное пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2017
УДК 621.45.026.8:629.5.015.6 (07)
ББК З 261-012я7+ Ж.н6 К21
Карасев А. В.
К21 Акустическое проектирование электрооборудования: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. 32 с.
ISBN 978-5-7629-2061-2
Последовательно рассматриваются этапы проектирования сложных технических объектов на примере судна и его электрооборудования, требования к уровням шума и вибрации на судах. Представлен общий алгоритм акустического проектирования, рассматриваются принципы выбора и размещение электрооборудования с учетом требований к акустическим характеристикам помещений, даны примеры использования пассивных и активных средств акустической защиты в качестве адаптивных систем автоматического управления
Рассмотрение всего цикла проектирования сложных инженерных объектов на примере судна при выполнении современных технических и экологических требований к уровням шума и вибрации позволяет понять необходимость акустического проектирования электрооборудования, системного подхода к созданию пассивных и активных средств борьбы с шумом и вибрацией и сформулировать требования к их конструкции.
Предназначено студентам кафедры САУ.
УДК 621.45.026.8:629.5.015.6(07)
ББК З 261-012я7+ Ж.н6
Рецензенты: кафедра электрооборудования судов СПбМТУ; д-р техн. наук, проф. А. Б. Майзель.
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
ISBN 978-5-7629-2061-2 |
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017 |
Введение
Термин «акустическое проектирование» применительно к любым техническим объектам достаточно необычен, однако по существу отражает современное состояние и тенденции в этой области техники. Дело в том, что акустические характеристики оборудования и технических средств, как правило, не являются определяющими при разработке технического задания на проектирование и постройку инженерного объекта (например, судна). К сожалению, до сих пор распространена практика, когда на уже готовом техническом объекте начинают проверять уровни шума и вибрации и их соответствие требованиям эксплуатации как для обслуживающего персонала, так и оборудования. Если речь идет о выполнении только санитарных норм, то решение проблемы обычно сводится к индивидуальной защите персонала или применению средств по звукоизоляции и звукопоглощению. Если же, например, не выполняются нормы по уровню вибрации оборудования, то не исключены серьезные изменения в режимах работы, гарантийных сроков эксплуатации или даже замены отдельных механизмов. Нормативные требования по вибрации корпуса военного корабля (одна из причин его нежелательного обнаружения) относятся к определяющим при эксплуатации. Их выполнение на поздних этапах постройки может привести к большим дополнительным временным и финансовым затратам. В то же время многие из возникающих вопросов могут быть решены на ранней стадии проектирования технического объекта в целом, если акустическое проектирование будет его полноправной составной частью.
Например, затраты при строительстве (достаточно высокие) на обеспечение выполнения норм по уровню шума в служебных и жилых помещениях судна и при его модернизации могут отличаться в два раза.
В последнее время данная проблема характерна для проектирования и постройки судов, когда акустическим полям судна в атмосфере, под водой и в помещениях уделяется серьезное внимание. Поэтому в дальнейшем вопросы акустического проектирования, пассивные и активные средства виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения будут рассмотрены применительно к судостроению.
Выполнение нормативных требований по уровню шума и вибрации может быть обеспечено на ранней стадии проектирования судна при решении задач общего расположения, режимов движения и работы оборудования, а также выбора соответствующих моделей. По существу, большинство значе-
3
ний уровней шума и вибрации в помещении и акустических характеристик комплексов оборудования могут быть вычислены и смоделированы на уровне эскизного и технического проектирования, задолго до постройки. Применение средств акустической защиты, их выбор и расчет эффективности могут быть последними в этой цепочке принципиальных технических и экономических решений при акустическом проектировании.
С этой точки зрения в пособии кратко освещаются принципы проектирования при выполнении требований по уровню шума и вибрации и современные средства звукоизоляции и звукопоглощения, виброизоляции и вибропоглощения, характерные для судостроения. В этой связи следует подчеркнуть, что экипаж и пассажиры находятся на судне с работающими механизмами круглосуточно и часто длительное время, что приводит к более жестким санитарным нормам. С другой стороны, и к судовому оборудованию предъявляются более жесткие эксплуатационные требования по надежности
идлительности работы в условиях сильных внешних воздействий. Кроме того, все средства защиты должны удовлетворять требованиям пожаробезопасности (не гореть и не распространять огонь), не выделять токсичные вещества при высоких температурах и др.
Следует отметить, что пассивные средства борьбы с шумом и вибрацией во многом себя исчерпали. В то же время, в последние годы появились быстродействующие технические средства анализа параметров шума и вибрации
исоответствующие адаптивные САУ и, следовательно, активные методы борьбы с шумом и вибрацией постепенно становятся реальностью. Таким методам посвящена заключительная часть пособия.
1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
Обычно проектирование судна осуществляется поэтапно: эскизный (в отдельных случаях, связанных с большим объемом новых технических решений, возможен предэскизный) проект, технический и рабочий проекты, испытания и сдача объекта-судна.
Акустические требования разного уровня определяют необходимость организации процесса акустического проектирования в соответствии с существующими принципами проектирования судна, что вполне естественно.
Рассмотрим вопросы, связанные с обеспечением установленных норм по шуму и вибрации на судах, решаемые на соответствующих этапах проектирования.
4
На этапе эскизного проектирования судна принимаются принципиальные решения по выбору основного электрооборудования, технических средств и технологического оборудования. Прорабатываются места их установки на судне, а также выбираются помещения для экипажа и пассажиров. Отметим, что разработка эскизного проекта конкретного судна может показать невозможность выполнения отдельных требований заказчика в принципе (например, максимальная скорость движения при заданном водоизмещении и энергетической установке) или в заданные сроки, поэтому на данном этапе возможна корректировка исходного технического задания на проектирование и постройку судна.
На этапе технического проектирования выполняются все основные расчеты и конкретизируются принятые общие технические решения по установке и монтажу оборудования, в том числе и связанные с шумом и вибрацией электрооборудования.
По существу, после завершения этого этапа принятие изменений принципиального характера не предусматривается. Следует подчеркнуть, что большинство судостроительных предприятий – сборочные заводы, на которых производится корпус судна и отдельное оборудование. Все остальное оборудование и механизмы, обычно серийные, поступают со специализированных предприятий. Специальное оборудование или модернизированные образцы серийного для данного судна должны заказываться заранее.
На этапе рабочего проектирования разрабатываются рабочие чертежи и технологическая документация для судостроительного завода.
Процесс постройки обычно состоит из следующих основных этапов: подготовительные работы в цехах, стапельный (или в сухом доке), спуск на воду, достроечные работы у причала.
На этапе испытаний и сдачи судна (швартовые испытания, ходовые испытания, ревизия, контрольный выход) в целом каких-либо серьезных конструктивных изменений также не предусматривается. В некоторых случаях могут быть приняты организационные решения по эксплуатации оборудования или, например, применению индивидуальных средств защиты от шума. Кроме того, если данное судно – головное в серии, могут быть приняты соответствующие технические решения для последующих судов, например об использовании другого, более совершенного оборудования.
Алгоритм акустического проектирования судна можно представить состоящим из пяти этапов, которые функционально связаны между собой и с этапами строительства судна – от эскизного проекта до испытания и
5