降低电机通风噪声的一种可行方案

运行与保护ＥＭＣＡ　迫札与控制应闸２０１３，４０（１１）　降低电机通风噪声的一种可行方案　崔　伟，　史建萍，　吴若欣，　张海凤，　赵东芝，　田丽丽　（湘潭电机股份有限公司电机研究所，湖南湘潭摘４１　１　１００）　要：通风噪声在很多电机噪声中占据重要成分。如何解决电机通风噪声就成为国内外各电机厂要　解决的问题。通过实例来说明其中一种常用的通风噪声解决方案，望能给广大同行在降低电机噪声问题上提　供参考。　关键词：异步电机；通风噪声；风扇　中图分类号：ＴＭ　３４３：３　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３－６５４０（２０１３）１１－００５０－０３　Ａ　Ｖｉａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍ　ｔｏ　Ｒｅｄｕｃｅ　Ｍｏｔｏｒ　Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　Ｎｏｉｓｅ　ＣＵ／Ｗｅｉ，ＳＨＩ　Ｊｉａｎｐｉｎｇ，　Ｒｕｏｘｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈａｉｆｅ　，ＺＨＡＯ　Ｄｏｎｇｚｈｉ，ＴＩＡＮ　Ｌｉｌｉ　（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　２ｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｔａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４２　２　２００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ　ｏｃｃｕｐｙ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ　ｉｎ　ａ　ｌｏｔ　ｏｆ　ｍｏｔｏｒ　ｎｏｉｓｅ．Ｈｏｗ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｉｇｎ　ｍｏｔｏｒ　ｐｌａｎｔ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ．Ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｔｏ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｏｎｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ　ｎｏｉｓｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｈｏｐｅ　ｔｏ　ｇｉｖｅ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒｉｔｙ　ｏｆ　ｐｅｅｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ；ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｎｏｉｓｅ；ｆａｎ　０　引　言　随着人们生活质量的提高和工业科技的不断　１．１电机噪声构成　电机噪声主要有三部分构成：（１）电磁噪　声。由于电磁力作用在定、转子间的气隙中，产生　旋转力波或脉动力波，使定子产生振动而辐射噪　声。与气隙内的谐波磁场及由此产生的电磁力波　幅值、频率、极数及定子本身的振动特性等有关。　（２）机械噪声。主要是由轴承引起的，该噪声与　所用的材料、制造质量及电机装配工艺、配合精度　进步，环境质量问题越来越被人们所重视，逐渐成　为社会的重大问题。从工业角度来说，国家已经　发布一系列标准来降低工业对环境质量的影响。　电机作为工业中应用广泛的个体，其运行在给社　会带来价值的同时，噪声也给人们工作带来很大　影响，通风噪声在很多电机噪声中占据重要成分。　如何解决电机通风噪声就成为国内外各电机厂要　解决的问题。本文通过实例来说明其中一种常用　有关。（３）空气动力噪声（通风噪声）。由电机　内的冷却风扇产生，主要由风扇的型式、风扇和通　风道及进、出口的结构设计决定　。　１．２电机噪声概况　的通风噪声解决方案，望能给广大同行在降低电　机通风噪声问题上提供。　湘潭电机股份有限公司生产的ＹＫＫ系列交　１　电机噪声概况　电机噪声问题是一个很复杂的课题，因为其　流异步电机，通过大量的噪声频谱测量分析，对于　４、６极电机来说，其噪声成分中几乎全是以空气　动力噪声为主。因此，降低空气动力噪声是无法　避免的问题。　是电磁学、机械振动、流体学、声学等很多科学　交叉一起构成的新的课题领域。因此，要完整　电机噪声测量顺序如下：（２）轴伸端；　（２）出线盒侧；（３）非轴伸端（风扇端）；（４）和２　对面侧；（５）电机顶端。一般情况下，轴伸端（出　风口）和非轴伸端（进风口）噪声比较高，还会影　地去研究电机整体噪声是很困难的，要抓住主　要矛盾，各个突破，才能有效解决电机噪声　问题。　Ｓｆ１—　迫札与拨芾Ｊ应闭２０１３，４０（１１）　运行与保护　莲　ｅ矗　响其他测量点噪声增加，因此在设计阶段，应尽量　降低这两端的噪声。　：——出口摩擦损耗系数，取１；　７　——沿程摩擦损耗系数，　＝　÷；　¨　２　径向风扇设计基本理论　风扇设计要根据基本理论以及经验公式去计　冷却管内壁摩擦系数，取０．０２；　ｆ——管道长度，为１．４６　ｍ；　——算出相应的参数和性能。　２．１径向风扇空载运行时的静压力ｐ。　ｐｏ　￣ｑｏＰ（“２　一／．／，１　２）　（１）百Ｄ２ｎ　“ｚ　（２）　（３）　式中：叼。——径向风扇空载时的气动效率，取　０．６；　ｐ——空气密度，取１．２　ｋｇ／ｍ。；　，ｕ：——叶轮内、外径的线速度，ｍ／ｓ；　Ｄ　，Ｄ　——叶轮内、外径，ｍ；　——叶轮转速，４极电机取１　４９０　ｒ／ｍｉｎ。　２．２径向风扇产生最大风量口　ｇ　＝０．４２ｕ２Ａ２　（４）　Ａ２＝ｋ，ｒｒＤ２６　（５）　式中：６——叶片宽度，ｍ；　——系数，通常取０．９２。　２．３径向风扇外特性方程（以标幺值表示）　卫。一Ｐｏ　（＼　ｑ），　…　式中：ｐ——风扇额定工作时的压力；　ｇ　——风扇额定工作时的风量。　２．４冷却管进、出口以及沿程压力损耗　进口压力损耗：　△ｐ　＝　ｐ　出口压力损耗：　△ｐ２＝—　２Ｐ　沿程压力损耗：　卸３＝—　３Ｐ　式中：　——风速，　＝　ｑ　ｖ　；　Ⅳ——冷却管根数，为３３８；　——进１５摩擦损耗系数，取０．５；　ｄ——管道内径，为０．０２　ｍ。　压力总损耗卸：　△ｐ＝４ｐ１＋△ｐ２＋ａｐ３　（１０）　３　实例计算分析　本文先介绍型号为ＹＫＫ４００—４、功率　３１５　ｋＷ、电压等级６．６　ｋＶ，防护等级ＩＰ５５的原外　／Ｌ６　风扇设计尺寸，以及所测量温升、噪声值，＼　然后给　出新的外风扇设计尺寸以及所测量温升、噪声值，　进而进行分析比较。　原外风扇设计主要尺寸、风量、温升以及噪声　值如表１所示。　表１原外风扇设计主要尺寸、风量、温升以及噪声值　客户要求电机噪声值不得超过８５　ｄＢ，并且　此电机噪声是以空气动力噪声占主要分量，因　此在原基础上对风扇加以改进，使其达到客户　要求。　该电机原设计试验温升为６１．７　Ｋ，还有很大　裕量（要求不超过８Ｏ　Ｋ），因此，可以采用将风扇　尺寸减小的方案来达到降低噪声的目的。对于中　小型电机设计公式中没有完整的通风及发热计　算，系统的试验研究工作开展的不够；假设使温升　提高１０　Ｋ，则可以减小风量３０％，降低噪声约　６　ｄＢ（Ａ）　Ｊ。以此结论，使风量减少３０％，则需要　的风量为ｑ　＝１．０６　ｍ　／ｓ，以此风量对电机外风扇　进行设计。由于径向风扇的最高效率发生在ｇ　＝　ｑｖｍ／２附近，因此风扇的额定工作点最好在ｇ　＝　ｇ　／２附近，因此ｑ　＝２ｑ　＝２．１２　ｎｑ　／ｓ。　假定风扇外径Ｄ：＝０．４６　ｉｎ，由式（２）、式（４）　及式（５）可求得　ｂ　０．１０５　ｍ　将最高效率的运行条件代入式（６）得　一Ｓ１一　／　、　７运行与保护　；嚣　锻　迫札与才空制应用２０１３，４０（１１）　ｐ。　由式（７）～式（１０）可得　△ｐ一１７７　Ｐａ　（１１）　体噪声降低４．８　ｄＢ还是在预测范围内。　与设计值相比，风量误差１０％，温升误差　８％，这是由以下原因造成的：　（１）设计误差。设计方式是按照经验公式来　考虑到风扇出口前压力损耗，以及出口后到　冷却管人口之前的压力损耗，并留一定的裕量，取　Ｐ＝３３５　Ｐａ，代入式（１１）可得　Ｐ０－￣４５０　Ｐａ　计算的，由于其复杂性，没有准确的设计公式；　（２）制造误差。风扇及通风道在制造时所带　来的误差也会使实际风量、温升等有误差；　（３）测量误差。测量方法及测量时人为的操　由式（１）～式（３）可求得　Ｄ１　０．３３　ｍ　作及读数同样会使实际风量、温升等有误差；　（４）电机内的内风扇原因也会使实际风量、　温升等有误差。　．０９　（１２）　叶片数Ｚ计算：　ｚ≥　综上，该电机风扇的改进是成功的，各项指标　均达到客户要求。　取Ｚ＝２３。则该风扇尺寸为外径０．４６　ｍ，内径　０．３３　ｍ，宽度０．１０５　ｍ，叶片数２３。事实上，还做　了１１片的风扇，试验结果表明，对于此型号电机，　叶片数多少对风量及噪声影响不是很大。另外需　要说明的是，由于风扇尺寸改小了，就有可能使风　扇进口和出口气流发生短路，影响效率。因此，需　设法防止发生这种情况，可以通过加集流器、挡板　环等措施来保证。　按照上述设计，重新做了噪声试验、温升试验　等，试验结果如表２所示。　表２新设计风扇电机运行时试验值　４　结　语　ｒｊ　ｒ；　电机噪声超标的形式有很多种，本文只讨论　］＿１　］１　２　３　４　５　一６　１Ｊ　了其中一种。如何降低电机噪声要根据该电机的　实际情况进行详细分析，进而采取相应的措施去　解决。　【参考文献】　湘潭电机股份有限公司．交流电机设计手册［Ｍ］．　长沙：湖南人民出版社，１９７７．　陈世坤．电机设计［Ｍ］．２版．北京：机械工业出版　社，２０００．　陈永校，诸自强，应善成，等．电机噪声的分析和控　制［Ｍ］．杭州：浙江大学出版社，１９８７．　ＴＩＭＡＲ．Ｎｏｉｓｅ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｓ　［Ｍ］．Ｅｌｓｅｖｉｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８９．　由试验结果可知，噪声值完全满足客户要求，　噪声声压级平均值为８２．８　ｄＢ，比原来降低了　４．８　ｄＢ。设计所谓的降低６　ｄＢ是指风扇端，出风　口噪声由于风量减小也跟着降低，出线盒及其对　侧噪声也会因上述两端噪声降低而降低，因此总　刘鸣，景建方．降低电机噪声的方法研究［Ｊ］．船电　技术，２０１１，３１（１２）：２１－２４．　舒波夫．电机的噪声和振动［Ｍ］．北京：机械工业　出版社，１９８０．　收稿日期：２０１３—０４—０１　本刊投稿系统已升级　敬请注意！　５２一