Измерения шума и вибрации

Требования, предъявляемые к электрическим машинам с точки зрения виброакустических характеристик, предусматривают обязательный контроль вибрации и шума на стадии производства и в процессе эксплуатации. Измерения производятся для исследования причин, вызывающих вибрации и шум, и для контроля качества продукции. Измерение виброакустических характеристик при обеспечении требуемого качества электрических машин проводится в соответствии с инструкциями и стандартами, в которых указываются методика измерений, измерительная аппаратура, условия монтажа и режим работы машины. Результаты измерений сопоставляются с эталоном или с контрольными данными для выявления соответствия полученных результатов допустимому уровню вибрации и шума.

Различные методики позволяют контролировать определенные акустические параметры электрической машины: общий уровень звукового давления, звуковую мощность, характеристику направленности излучения и т. д.

Шумовые характеристики определяются в свободном звуковом поле (в заглушённых камерах, в помещениях с большим поглощением или в открытом пространстве); в отраженном звуковом поле (в реверберационных камерах); в обычных помещениях с помощью образцового источника шума на расстоянии 1 м от внешнего контура машины.

регламентируется несколькими стандартами: ГОСТ 12.1.024-81 и ГОСТ 12.1.025-81, представляющими точные методы, ГОСТ 12.1.026-80 и ГОСТ 12.1.027-80, представляющими технические и ГОСТ 12.1.028-80-ориентировочный методы.

При определении характеристик направленности излучения шума следует пользоваться только методом измерения в свободном звуковом поле.

Метод определения шумовых характеристик с помощью образцового источника применим в обычных помещениях с объемом не менее 60 м³.

В соответствии с ГОСТ 23941-79 (СТ СЭВ 541-77) при измерении и оценке допустимых уровней шума условия установки источника шума должны приближаться к обычным условиям при его работе в процессе эксплуатации.

Режимы работы машины должны соответствовать типовым установившимся режимам: при номинальной нагрузке и номинальной частоте вращения, при полной нагрузке, при холостом ходе, при различных операциях технологического процесса.

Не всегда удается провести корректные измерения шума в номинальном режиме нагрузки. Это объясняется тем, что для создания номинальной нагрузки возникает необходимость сочленения испытуемой машины со вспомогательным устройством — машиной, которая вносит значительные искажения в результаты измерения. Поэтому измерение шума в режиме номинальной нагрузки проводят лишь для электромашинных преобразователей и других машин, нагрузка которых может быть осуществлена без механического соединения со вспомогательной машиной или механизмом (тормозом, вентилятором и др.).

При исследовании виброакустических характеристик синхронных машин нагрузку имитируют в режиме компенсатора. При типовых испытаниях асинхронных машин и двигателей постоянного тока нагрузочное устройство размещают за пределами испытательного помещения (камеры) и соединяют его с испытуемой машиной.

Большое влияние на шумовые характеристики имеет частота вращения ротора машины. От нее в значительной мере зависят шумы аэродинамического и механического происхождения, поэтому частота вращения при акустических испытаниях машины должна быть номинальной.

За нормируемый уровень шума по ГОСТ 11929-87 и ГОСТ 16372-84 принимается средний уровень звука на расстоянии

1 м от контура машины. Выбор точек производится в соответствии с ГОСТ 11929-87.

В зависимости от требований к уровню шума электрические машины разделяются на четыре класса. При отнесении различных типов электрических машин к классам по их уровням шума можно руководствоваться следующим перечнем:

класс 1 - машины, к которым не предъявляются специальные требования по уровню шума;

класс 2 — машины с малошумными подшипниками качения, со специальными малошумными конструкциями вентиляторов и т. д.;

класс 3 — машины с пониженным использованием активных материалов, закрытые (с водяным или естественным охлаждением), с глушителями вентиляционного шума, с подшипниками скольжения;

класс 4 — машины со звукоизолирующим кожухом или другими существенными изменениями конструкции, выполненными для снижения шума.

В качестве иллюстрации в таблице приведены допустимые уровни звука по классу 1 для электрических машин различных мощностей со степенью защиты IP44.

Полученные результаты измерений шума в свободном звуковом поле обрабатываются в следующем порядке:

1. При наличии помех, уровень звука которых на 6 —9 дБ отличается от уровня звука работающей испытуемой машины, необходимо вносить соответствующую поправку, равную 1 дБ. Если разность между уровнем звука машины и уровнем звука помех равна 4 — 5 дБ, то поправка, учитывающая влияние помех, будет равна 2 дБ, т. е. из уровня звука работающей машины необходимо вычесть 2 дБ. При разностях уровней звука машины и помех более 9 дБ поправка не вносится.

2. Производится усреднение уровней звука, измеренных в нескольких точках вокруг машины. Если усредняемые уровни звука, измеренные в точках, отличаются друг от друга менее чем на 5 дБ, то за средний уровень звука принимается среднее арифметическое значение. Если они различаются более чем на 5 дБ, усреднение проводится по формуле

где L, — уровень звука в j'-й точке измерения на расстоянии 1 м от корпуса; п — количество точек измерения.

При проведении типовых испытаний дополнительно измеряются уровни звукового давления в октавных полосах в точке с максимальным уровнем звука.

Согласно ГОСТ 16921-83 при оценке вибрации электрических машин основной измеряемой величиной должно являться эффективное значение вибрационной скорости 1>_эф, измеренное в диапазоне от рабочей частоты до 2000 Гц. Необходимость проведения спектрального анализа по вибрационному ускорению в диапазоне частот свыше 2000 Гц согласуется дополнительно.

Для оценки вибрации установлено восемь классов, индексы которых по ГОСТ 16921-83 соответствуют максимально допустимой для данного класса вибрационной скорости.

Основные требования к измерительной аппаратуре изложены в ГОСТ 16876-71 и ГОСТ 17168-82.

В соответствии с ГОСТ 12379-75 виброизмерительные преобразователи должны жестко крепиться к испытуемой электрической машине или дополнительной массе, причем масса вибропреобразователя не должна превышать 5 % массы электрической машины.

Мощность,	^LdlA,	дБ (по шкале	А), для номинальных частот вращения, об/мин
кВт	600-900	900-1320	1320-1900	1900-2360	2360-3150	3150-3750
0,25-1,1
1,1-2,2
2,2-5,5
5,5-11
11-22
22-37
37-55
55-110
110-220
220-400
400-630
630-1000

При контроле вибрации следует применять упругую установку испытуемой машины. В тех случаях, когда по техническим причинам упругая установка испытуемой машины невозможна, допускается жесткая установка машины на фундаменте без специальных упругих элементов. Масса фундамента при такой установке должна превышать массу испытуемой машины не менее чем в 10 раз. Испытуемая машина при упругой и жесткой установке должна иметь эксплуатационное положение.

Совокупность всех приспособлений, связанных с электрической машиной при упругой установке, называется дополнительной массой. Дополнительная масса участвует в колебаниях машины как единое целое. Необходимо выполнять требование, согласно которому т_доп =б 0,1т_маш, где т_доп - дополнительная масса; т_маш — масса испытуемой машины.

В ГОСТ 12379-75 оговорены требования, предъявляемые к упругим элементам. Упругие элементы должны выбираться с учетом условий прочности. Статическое перемещение центра тяжести с дополнительной массой от собственного веса не должно превышать половины максимально допустимого перемещения упругого элемента.

деляемые при неработающей машине, не должны быть более 25 % нормируемого значения, т. е. уровень полезного сигнала должен превышать уровень помех на 8 — 10 дБ.

Режим работы машины при оценке вибрации оговаривается техническими условиями или стандартами на определенный тип машины. Например для электромашинных преобразователей и электрических машин, нагрузка которых осуществляется без дополнительных приводных устройств или механизмов, контроль вибрации проводится в режиме номинальной нагрузки. Контроль вибрации синхронных машин проводится при номинальном напряжении и токе статора в режиме перевозбуждения двигателя. Для большинства электрических машин контроль вибрации следует проводить в режиме холостого хода.

Согласно ГОСТ 12379-75 виброиспытания электрических машин с одной рабочей частотой вращения необходимо проводить при номинальной частоте вращения. Испытания многоскоростных машин проводят при частоте вращения с наибольшей вибрацией.

Виброиспытания машин, имеющих регулируемую частоту вращения, выполняют при номинальной и максимальной рабочих частотах вращения.

На современном уровне промышленного развития без широкого применения унификации и стандартизации невозможна организация рентабельного производства и эксплуатация электрических машин. Стандартизацией и унификацией решаются задачи уменьшения затрат на производство и эксплуатацию электрических машин, а также задачи минимизации затрат общественного труда на генерирование, передачу электрической энергии и ее преобразование в механическую энергию. Для достижения этой цели с позиций потребителя желательно для каждого конкретного механизма иметь специальную электрическую машину. С позиций производителя желательно в максимальной мере сократить номенклатуру выпу-

скаемых электрических машин и получить минимум затрат труда при их производстве, а также эксплуатационном обслуживании и ремонте.

Исходя из этого стандартизация электрических машин имеет ряд особенностей. Потребителю стандартизация должна обеспечить возможность получения электрических машин с необходимыми электромеханическими характеристиками, возможность подключения электрической машины к электрическим сетям, ее сопрягаемость с производственными механизмами и возможность ее замены при необходимости другой однотипной машиной, изготовленной другими фирмой или заводом.

Производителю электрических машин стандартизация должна обеспечить возможность выпуска большого разнообразия машин при минимальной перестройке техноло-

гии и оснащения для сохранения при этом массового или крупносерийного характера производства.

Для удовлетворения этих требований стандартизация электрических машин строится по иерархическому принципу. Основу этой системы составляют группы стандартов верхнего, среднего и нижнего уровней.

Группа стандартов верхнего уровня, так называемые основополагающие, распространяется на все виды и типы машин. Ряд групп стандартов, распространяющихся на отдельные виды машин, относятся к среднему уровню и, наконец, ряд стандартов на конкретные совокупности машин — к нижнему уровню.

В группу основополагающих стандартов (табл. 2.1) входят ГОСТ, обеспечивающие конструктивную совместимость с производственными механизмами и взаимозаменяемость машин, ряды номинальных напряжений, частот тока и частот вращения, с которыми разрешается проектировать и изготовлять электрические машины. В эту же группу входят ГОСТ, устанавливающие единую терминологию, единые методы испытаний, единые требования стойкости к внешним воздействиям.

Стандартизация электрических машин базируется на нескольких принципах:

1) должно быть сгруппировано для унификации и последующей стандартизации все то, что прямо не препятствует получению любых необходимых потребителям характеристик электрических машин;

2) должны быть стандартизованы конструктивные параметры, обеспечивающие максимальную выгоду как производителю, так и потребителю за счет конструктивной взаимозаменяемости составных частей и машины в целом;

3) должны быть созданы ограничительные стандарты, исключающие возможность создания электрических машин с очень близкими или совпадающими по основным параметрам характеристиками.

Разработка и установление технических нормативов и норм на конкретные группы и виды электрических машин осуществляется на основе объединения их в группы однородной народнохозяйственной продукции — продукции, обладающей одинаковыми принципами действия и свойствами, общими значениями основных конструктивно-технологических параметров и одинаковым или подобным целевым (функциональным) назначением.

Электрические машины включают в себя следующие группы однородной продукции:

машины электрические малой мощности. К группе машин большой мощности относятся:

синхронные генераторы мощностью свыше 100 кВт;

синхронные двигатели мощностью свыше 200 кВт;

асинхронные двигатели мощностью свыше 100 кВт напряжением свыше 1000 В;

электромашинные преобразователи мощностью свыше 100 кВт. К группе машин средней мощности относятся:

синхронные генераторы мощностью до 100 кВт; в том числе высокоскоростные мощностью до 200 кВт;

асинхронные машины мощностью 1 -400 кВт напряжением до 1000 В, в том числе двигатели единых серий, мощностью от 0,25 кВт;

преобразователи и агрегаты электромашинные мощностью до 100 кВт. К группе машин малой мощности относятся следующие электрические машины, не входящие в первые две группы:

двигатели постоянного тока коллекторные и универсальные;

двигатели постоянного тока безколлек-торные;

тахогенераторы постоянного и переменного тока;

электровентиляторы; электромагнитные муфты.

В зависимости от народнохозяйственной значимости и объектов производства нормативная документация на конкретные группы или виды электрических машин может быть выполнена в виде ГОСТ или отраслевых стандартов или в виде отраслевых ТУ.

Таблица 2.1. Основополагающие стандарты на электрические машины

Номер ГОСТ (СТ СЭВ)

Название

ГОСТ 183-74 (СТ СЭВ 1346-78) ГОСТ 26772-85 (СТ СЭВ 3170-81) ГОСТ 2479-79 (СТ СЭВ 246-76) ГОСТ 2582-81 ГОСТ 4541-70 ГОСТ 8592-79 ГОСТ 10683-73 ГОСТ 11828-86 ГОСТ 12139-84 ГОСТ 12327-79 ГОСТ 13267-73 (СТ СЭВ 4435-83) СТ СЭВ 169-74 ГОСТ 16372-84Е (СТ СЭВ 1348-78) ГОСТ 16921-83 (СТ СЭВ 2412-80) ГОСТ 17154-71 ГОСТ 17494-72 (СТ СЭВ 247-85) ГОСТ 18709-73 ГОСТ 19780-81 ГОСТ 20459-75 (СТ СЭВ 1953-79) ГОСТ 20832-75 ГОСТ 20839-75 ГОСТ 21888-82 (СТ СЭВ 1376-78) ГОСТ 23264-78 ГОСТ 23275-78 ГОСТ 24807-81 (СТ СЭВ 1951-79, СТ СЭВ 1952-79)

Машины электрические. Общие технические требования Машины электрические вращающиеся. Обозначения выводов и направление вращения Машины электрические вращающиеся. Условные обозначения конструктивных исполнений по способу монтажа Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия Машины электрические вращающиеся. Обозначения буквенные установочно-присоединительных и габаритных размеров Машины электрические вращающиеся. Допуски на установочно-присоединительные размеры и методы контроля Машины электрические. Номинальные частоты вращения и допускаемые отклонения Машины электрические. Общие методы испытаний Машины электрические вращающиеся. Ряды номинальных мощностей, напряжений и частот Машины электрические вращающиеся. Остаточные дисбалансы роторов. Нормы и методы измерений Машины электрические и непосредственно соединяемые с ними неэлектрические. Высота оси вращения Машины электрические вращающиеся. Виды. Термины и определения Машины электрические вращающиеся. Допустимые уровни шума Машины электрические вращающиеся. Допустимые вибрации Машины электрические вращающиеся. Характеристика, расчетные параметры и режимы работ. Термины и определения Машины электрические напряжением до 1000 В. Степени защиты Машины электрические. Установочно-присоединительные размеры Коллекторы и кольца контактные электрических машин. Ряды диаметров Машины электрические вращающиеся. Способы охлаждения. Обозначения Машины электрические вращающиеся массой до 0,5 кг. Допустимые вибрации Машины электрические вращающиеся с высотой оси вращения от 450 до 1000 мм. Установочно-присоединительные размеры. Щетки, щеткодержатели, коллекторы и контактные кольца. Термины и определения Машины электрические малой мощности. Условные обозначения Машины электрические вращающиеся малой мощности. Термины, определения и буквенные обозначения параметров Машины электрические вращающиеся. Концы валов цилиндрические и конические с конусностью 1:10. Основные параметры и размеры

Категории стандартов и их статус в СССР установлены Государственной системой стандартизации, основные положения и требования которой определены ГОСТ 1.0-68.

Электромашиностроение как составная часть электротехнической промышленности в области стандартизации базируется на нормах и правилах, принятых для всей электротехники и зафиксированных в соответствующих общих для всей электротехники стандартах. К таким общим стандартам относятся, например, стандарты, устанавливающие параметры электроэнергии, условия эксплуатации электрических машин в части воздействия факторов внешней среды, требования к маркировке и упаковке, классификацию изоляционных конструкций по нагрево-стойкости и т. д.

Конкретизация требований, установленных в общеэлектротехнических стандартах, применительно к электрическим машинам осуществляется либо в основополагающих стандартах на машины, либо непосредственно в стандартах и технических условиях на отдельные группы (типы) машин. Перечень общих для электротехники стандартов, требования которых конкретизируются в стандартах на отдельные группы (виды) машин, дан в табл. 2.2.

Для углубления и совершенствования сотрудничества и развития социалистической экономической интеграции стран — членов СЭВ сессией Совета Экономической Взаимопомощи в 1962 г. было принято решение об организации Постоянной комиссии по стандартизации и Института СЭВ по стандартизации.

В задачи Постоянной комиссии СЭВ по стандартизации входит оказание эффективной помощи сотрудничеству стран — членов СЭВ в области унификации национальных стандартов, развития стандартизации в рамках СЭВ в интересах международной специализации и кооперирования производства в странах — членах СЭВ. В качестве основного нормативно-технического документа принят стандарт СЭВ (СТ СЭВ).

Стандарты СЭВ разрабатываются в первую очередь на продукцию, изготовляемую в соответствии с многосторонними и двусторонними соглашениями, на объекты стандартизации межотраслевого и общеотраслевого назначения, на изделия, поставляемые по международным соглашениям о специализации и кооперации.

Вопросы применения стандартов СЭВ регламентируются Конвенцией о примене-

нии стандартов СЭВ, подписанной странами — членами СЭВ в 1974 г.

В соответствии с Конвенцией страны-участницы должны обеспечить обязательное и прямое (непосредственное) применение стандартов СЭВ в договорно-правовых отношениях по экономическому и научно-техническому сотрудничеству между странами для повышения эффективности сотрудничества средствами стандартизации, а также обязательное применение стандартов СЭВ в их народном хозяйстве в целях развития технического прогресса в каждой из этих стран. При этом под обязательным и прямым (непосредственным) применением стандарта СЭВ в договорно-правовых отношениях понимается обязательное применение стандарта СЭВ на объект сотрудничества путем ссылки на него в документах, определяющих договорно-правовые отношения (соглашения, договоры, контракты).

Под обязательным применением стандартов СЭВ в народном хозяйстве имеется в виду или непосредственное применение стандарта СЭВ в качестве национального стандарта без изменений и переоформлений, или введение стандарта СЭВ в национальные стандарты при условии обеспечения полного соответствия показателей национальных стандартов с показателями стандартов СЭВ. Национальные стандарты, разработанные на основе стандартов СЭВ, имеют обозначение, указывающее на соответствие стандарту СЭВ.

По принятой в СССР методике если ГОСТ полностью соответствует стандарту СЭВ, то это отражается во вводной части (например, «Настоящий стандарт полностью соответствует СТ СЭВ...») или же во вводной части оговаривается степень соответствия ГОСТ стандарту СЭВ.

Советский Союз является также членом Международной электротехнической комиссии (МЭК), в задачу которой входит проведение работ, способствующих унификации национальных стандартов стран — членов МЭК на электротехническое и радиоэлектронное оборудование, аппаратуру, элементы и материалы путем разработки международных стандартов.

Стандарты МЭК после их утверждения национальными комитетами МЭК по процедуре, установленной Уставом и общими директивами МЭК, издаются Центральным бюро МЭК с параллельным расположением текстов на французском и английском языках. Советский комитет МЭК издает стандарты МЭК на русском языке от имени Центрального бюро.

Требования стандартов МЭК учитываются при разработке стандартов на конкретные виды электрооборудования. Степень соответствия указывается во вводной части стандарта.