Материал: Sb95738

треблении мощными механизмами отражаются на вибрации и шуме всего электрооборудования, входящего в состав данной ЭЭС.

Низкочастотные пульсации крутящего момента могут вызвать частотную модуляцию напряжения генератора, если энергия пульсаций сравнима с кинетической энергией вращающего ротора генератора. К появлению амплитудной и частотной модуляций питающего напряжения могут привести недостатки в работе регулятора частоты и напряжения. Низкочастотная модуляция в ЭЭС может значительно влиять на вибрацию электромеханизмов уже при глубинах модуляции в несколько сотых долей процента. В этом случае при спектральном анализе напряжения сети появляются боковые составляющие напряжения с частотами 1 m , где m – круговая частота модуляции.

Провалы напряжения в ЭЭС, которые появляются при пуске мощных электромеханизмов, влияют на вибрацию и шум, однако однократно возбуждаемые импульсные вибрация и шум оказывают слабое воздействие, поэтому этот вид влияния часто не оценивают.

Низкочастотная модуляция напряжения может возникнуть при работе электродвигателей как реакция на периодически изменяющуюся нагрузку, например на мощные объемные насосы и компрессоры.

Наиболее сильно на шум и вибрацию электрооборудования влияет включение в состав ЭЭС нелинейных аппаратов – статических выпрямителей, инверторов и преобразователей частоты. В судовой сети нелинейность напряжения определяется коэффициентом нелинейных искажений:

Высшие гармоники напряжения сети переменного тока создают в ЭМ вращающиеся электромагнитные поля, взаимодействие которых с основной волной электромагнитного поля и между собой приводят к появлению пульсирующих моментов, определяющих уровень вибрации ЭМ на разных частотах. К появлению вращающего поля обратной последовательности в ЭМ приводит и несимметрия фазного напряжения в судовой ЭЭС, обычно обусловленная несимметричным подключением однофазных нагрузок. Создаваемое напряжением обратной последовательности поле, взаимодействуя с полем прямой последовательности, создает пульсирующие моменты с частотой 100 Гц. Заметные значения пульсирующих моментов, вызывающих вибрацию, возникают уже при несимметрии напряжения порядка 1 % и нелинейных искажениях напряжения К = 5 %.

11

Для количественной оценки влияния несимметрии и несинусоидальности напряжения на вибрацию, например АД, рассчитываются соответствующие пульсирующие моменты:

где p – число пар полюсов; 1 – частота напряжения питания, рад/с; U1, U2 – амплитуды составляющих прямой и обратной последовательностей фазного

где U1, U5 – гармонические составляющие фазного напряжения питания, В; I1, I5 , I7 – гармонические составляющие фазного тока, А; Z – комплексное сопротивление упрощенной схемы замещения АД для высших гармоник, Ом.

Методики расчетов амплитуд пульсирующего момента, а также радиальных электромагнитных сил в АД при несимметрии и несинусоидальности

напряжения в СЭЭС приведены в учебном пособии1. Там же приведен расчет ожидаемого уровня вибрации АД возбуждаемой электромагнитными силами.

2.4. Нормирование виброакустических характеристик судна

Требования к уровням шума и вибрации на судах и их нормирование направлены на решение следующих задач:

–защита судовой команды от воздействия шума и вибрации, которые могут вызвать дискомфорт, плохое самочувствие, снижение работоспособности, потерю психологической устойчивости, привести к нарушениям слуха, сна, вызвать профессиональные заболевания, ухудшение восприятия команд

идругой рабочей информации;

–сохранение нормальной шумовой экологии в воздушной среде (суда внутреннего и прибрежного плавания);

–нормирование низкочастотной вибрации конструкций судна с целью обеспечения их прочности;

–охрана шумовой экологии в воде (условия работы рыбопоисковых и навигационных комплексов);

–минимизация шума в воде (военное кораблестроение).

1

Карасев А. В. Активные методы борьбы с шумом и вибрацией: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014.

12

Наиболее шумные помещения на судне – естественно, те, где размещены самые шумящие и вибрирующие механизмы, а именно главные двигатели, ходовые и стояночные дизель-генераторы, компрессоры, насосы. Значительные уровни вибрации и шума создают также судовые системы вентиляции и гидравлики (насосы, вентиляторы и арматура).

Помещения в соответствии с их основным назначением классифицируются требованиями по шуму, которые отражены в санитарных нормах, действующих

внашей стране. Они классифицируются следующим образом:

–машинное отделение (защита органов слуха, так как речевое общение не имеет значения);

–производственные помещения (речевое общение ограничено, качественное восприятие информации по судовым системам связи);

–служебные помещения (нормальные условия для общения и работы);

–общественные помещения (нормальные шумовые условия для приема пищи, отдыха, общения и др.);

–жилые помещения (комфортные условия для сна и отдыха);

–медицинские помещения с повышенной комфортностью.

Обеспечение необходимых условий для экипажа предполагает соблюдение нормативных требований не только по шуму, но и по вибрации оборудования и местной вибрации. Структурный шум, как правило, служит основным источником воздушного шума. Санитарные нормы на уровни шума и вибрации на судах приведены в официальных источниках.

Кроме нормирования уровней шума и вибрации, связанного с условиями работы и жизни экипажа и пассажиров, в судостроении нормируется низкочастотная вибрация корпусных конструкций с целью обеспечения их прочности. При этом главное условие обеспечения вибрационной прочности конструкций – предотвращение возможности возникновения резонансных колебаний при эксплуатации судна – так называемой ходовой вибрации, частотный диапазон которой обычно ниже границы слухового восприятия человека. Кроме того, при ходовой вибрации возбуждаются колебания нежестко закрепленных судовых конструкций (настилы, кожухи), что проявляется уже в звуковом диапазоне частот.

Допустимые значения внешней шумовой характеристики судов составляют 75 дБА для обычных и до 80 дБА для скоростных судов. Внешний шум, создаваемый судами, измеряется на расстоянии 25 м от борта, и большинство

13

судов соответствуют этим допустимым значениям, кроме катеров, мотолодок, землесосных снарядов и скоростных судов.

В настоящее время появились требования к акустическим характеристикам судна в связи с решением задач шумовой экологии в воде. Речь идет об обеспечении работы рыбопоисковых и гидроакустических комплексов.

Акустические испытания обязательны при приемке судов. Различают инспекторские испытания, которые проводятся с целью проверки соответствия уровней звукового давления в контрольных помещениях санитарным нормам и специальные по расширенной программе для головных судов. Программа испытаний должна содержать режимы работы энергетической установки и оборудования, схему контрольных точек измерений уровней звукового давления и параметров вибрации, время проведения испытаний. Основные источники шума испытываются при различных режимах работы судна и его энергетической установки. Результаты измерений оформляют протоколом испытаний.

Требования по уровням шума и вибрации в военном судостроении связаны со всеми рассмотренными задачами, однако особое значение имеют акустические характеристики шумовой экологии в воде.

Нормативные требования по шуму, связанные с условиями работы, жизни и отдыха, в разных промышленно развитых странах близки по допустимым уровням и зависят от времени пребывания в этой зоне. Что касается нормирования допустимых уровней воздействия вибрации на человека, то в этом случае можно встретить несколько различные подходы.

3. АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Основные задачи акустического проектирования электрооборудования можно сформулировать следующим образом:

–учет акустических характеристик при выборе электрооборудования;

–размещение электрооборудования с учетом требования к акустическим характеристикам помещений (разделение помещений на обычные и те, где шум нежелателен);

–использование пассивных и активных средств акустической защиты. При этом должны быть учтены: трудоемкость, акустическая эффективность, стоимость и некоторые дополнительные факторы, а также возможность использования перспективных средств.

14

Акустические характеристики оборудования, технических средств, помещений, как правило, не являются определяющими и при разработке технического задания на проектирование и изготовление. Однако когда постройка завершена, может оказаться, что эти характеристики не отвечают нормативным документам. Более того, именно они могут стать одними из определяющих при эксплуатации, – например шум в каютах и помещениях для отдыха на судне или вибрация корпуса военного корабля как одна из причин его нежелательного обнаружения. Когда судно уже построено, исправить такие недостатки бывает сложно, дорого, требует много времени или даже невозможно в полном объеме. Задача осложняется еще и тем, что точность расчета и измерения виброакустических характеристик сравнительно низкая, а средства борьбы с шумом и вибрацией достаточно дорогостоящие. Поэтому появилась необходимость рассматривать и решать эти задачи на ранних стадиях проектирования, когда возможно принимать взвешенные и эффективные решения.

Приведем самый простой пример. На стадии технического проекта решается большинство задач общего расположения и мест установки оборудования. Предположим, выбрана стратегия установки оборудования и механизмов как можно ближе к месту их использования. Тогда проявляется экономия на системах связи и обеспечения, но осложняется обслуживание, а виброакустические характеристики будут сравнительно плохими во всех помещениях, где это оборудование будет работать. Для таких помещений придется разрабатывать пассивные средства виброакустической защиты (а иногда и активные). Однако можно изменить стратегию общего расположения и установить оборудование только в тех нескольких помещениях (или в одном – другой крайний случай), где требования к виброакустическим характеристикам сравнительно невысокие. В этом случае усложняются системы связи и обеспечения. Решение задачи заключается в сравнении цены и функциональных характеристик, которые в данном случае являются критериями качества при оптимизации. Она усложняется, если можно использовать механизмы с разными техническими и виброакустическими характеристиками. В отдельных случаях изменения в расположении крупных механизмов и оборудования влияют на расчеты по весовой нагрузке и остойчивости. Важно повторно отметить, что исправления на последней стадии постройки, а особенно после проведения испытаний, как правило, стоят дороже, уступая по качеству.

Рассмотренные особенности обеспечения виброакустических характеристик особенно актуальны в судостроении, где они играют важную роль, причем пассивные средства борьбы с шумом могут совмещаться с теплоизоляцией и декоративной отделкой.

15