Анализ вибраций стуков и шумов двигателя

Автомобильный стетоскоп для выявления шумов

Автор: MotorPuls
Дата записи

Стетоскопом называется специальное диагностическое устройство, которое предназначено для определения технического состояния механизмов и деталей, находящихся в двигателе, при помощи виброакустического метода работы. Существует два вида стетоскопов: электронный и механический. Самыми простыми являются механические стетоскопы, они относятся к «бюджетному» типу, которыми пользуются обычные автолюбители. Электронный стетоскоп считается более качественным прибором, у него присутствует усилитель звука, а также более чувствительный микрофон.

Применение стетоскопов.

Применяют стетоскопы для проведения диагностики технического состояния автомобиля, например, чтобы выявить состояние вращающихся пар в узлах подшипников, оценить равномерность и длительность звуковых сигналов, либо оценить рабочее состояние узлов исходя из шумового уровня.

Самым распространенным применением автомобильного стетоскопа является автосервис, когда необходимо осуществить ремонт, либо диагностику двигателя, электрооборудования, а также и ходовой части автомобиля. Данное устройство является универсальным, его также можно использовать и для диагностики иных изделий, например таких, как: турбина, электродвигатель, насос, компрессор, редуктор и другие.

Когда стетоскоп производит диагностику автомобильного двигателя, неисправность определяется исходя из шумов и звуков, которые издает двигатель при работе на холостом ходу. Щуп, являющийся слуховым наконечником прибора, приставляется к некоторым металлическим деталям двигателя. Таким образом, можно прослушать все цилиндры мотора. В идеальном состоянии двигатель должен издавать одинаковый шум, без различных звонов и вибраций на протяжении всей работы двигателя внутреннего сгорания. Таким способом можно услышать все инородные шумы, которые появляются вследствие износа ремней или подшипников. Также стетоскопы могут обнаружить то, что в механизме присутствует серьезная неполадка. Если стетоскоп качественный и хороший, он с легкостью сможет определить причину шумов, доносящихся из автомобильного двигателя.

Когда осуществляется прослушивание подшипников на коленчатом валу, стержень, расположенный в стетоскопе, дотрагивается до бока двигателя, где находятся коренные подшипники, либо до шатунных подшипников, когда поршень находится вверху, на мертвой точке. Прослушивание стуков происходит только на нагретом двигателе автомобиля, когда резко меняются обороты коленвала. Коренные подшипники издают глухой и низкий стук, а шатунные подшипники – звонкий стук, который уменьшается, когда свеча зажигания на цилиндре отключается, т.е. закорачивается на массу. Стуки из коренных подшипников не меняются, когда закорачиваются свечи, потому как вся нагрузка на эти подшипники не меняется. При помощи автомобильного стетоскопа можно осуществлять прослушку работы на шумы в клапанном механизме, определять стук распределительных шестеренок, стук юбки поршня о цилиндр, а также стук поршневого пальца.

Комплектация автомобильного стетоскопа.

При покупке данного прибора в комплект входит главный блок с наличием индикации питания, а также возможностью изменять уровень общей громкости, включения и выключения прибора. Также в комплект входят наушники и измерительный щуп из металлического материала.

Нормальный шум низкого тона. Шум высокого тока. Высокий уровень шума асинхронного двигателя

Нормальный шум низкого тона. Шум высокого тока. Высокий уровень шума асинхронного двигателя

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
20. Нормальный шум низкого тона

Работающий электродвигатель является источником шума, который возникает вследствие колебаний различных его частей. В зависимости от того, в какой части электродвигателя имеются колебания и в зависимости от сил, вызывающих эти колебания, принято различать следующие условные виды шума: магнитный, механический, вентиляционный. Нормально работающий электродвигатель создает магнитный шум низкого тона, присущий всем электромагнитным механизмам переменного тока. Этот шум вызывается колебаниями магнитопровода статора вследствие периодического притяжения между листами, из которых собран пакет статора. Механический шум обычно связан с работой подшипников и передачи. Подшипники качения создают шум большей интенсивности по сравнению с подшипниками скольжения вследствие большего количества движущихся элементов и значительной скорости их. Движение охлаждающего воздуха вызывает вентиляционный шум, в этом случае причинами шума могут быть колебания воздушной струи, частей воздухопровода или лопастей вентилятора.
Шум характеризуется его интенсивностью, которая определяется условными единицами — децибеллами, и спектральным составом, т. е. частотными составляющими. Ухо обладает повышенной чувствительностью к шуму с частотой 1000-4000 Гц. Колебания частей электродвигателя с амплитудами, измеряемыми микрометрами, в области этих частот воспринимаются как значительный шум, слышимый даже на большом расстоянии от машины.

21. Шум высокого тона

Шум с большим содержанием высокочастотных составляющих, как правило, вызывается магнитными или вентиляционными причинами и только в сравнительно редких случаях обусловлен механическими причинами. Шум высокого тона чаше всего наблюдается у вновь установленного электродвигателя, причем в других отношениях работа такого электродвигателя протекает нормально и ток в линейных проводах одинаковый. Наиболее вероятной причиной магнитного шума является вибрация зубцов статора и ротора, вызванная зубцовыми гармониками магнитного потока, которые появляются при неблагоприятном соотношении чисел пазов статора и ротора. Устранение этой причины в условиях эксплуатации практически невозможно из-за трудности подбора нового ротора, имеющего другое число пазов. Вентиляционные причины шума обычно связаны с неудачным выполнением путей охлаждающего воздуха: наличием острых углов и резких изменений сечения воздушных каналов, периодическим прерыванием воздушной струи, например при расположении вентилятора вблизи подшипникового щита. Шум высокой частоты может быть вызван вибрацией изоляции, выступающей из пазов, или лобовых частей обмотки статора, при задевании ее ротором.

22. Высокий уровень шума

Колебания электродвигателя и его частей, рассмотренные в разделе 18 и разделе 19, создают шум различной интенсивности и различной частоты (тональности). В некоторых случаях повышенная интенсивность шума позволяет сразу же установить его причину и таким образом определить неисправность электродвигателя.
Неуравновешенность ротора создает шум сравнительно низкого тона, частота этого шума наибольшая (50 Гц) у двухполюсного электродвигателя. Уровень шума ко очень высокий и возрастает при недостатках сборки, установки или конструкции электродвигателя, к ним должны быть отнесены: плохое закрепление вращающихся частей, подшипниковых щитов или подшипниковых стоек, малая жесткость подшипниковых стоек или фундаментной плиты.
Шум, вызываемый электромагнитными причинами, может иметь значительно большие интенсивность и частоту по сравнению с механическим шумом. Особенно большая интенсивность шума наблюдается при нарушении электрической симметрии статора: при ошибочных соединениях фазных обмоток статора, коротких замыканиях в этих обмотках и при значительной несимметрии на зажимах статора. Основная частота шума, вызванного электрической несимметрией статора, равна 100 Гц. Электрическая несимметрия ротора вызывает шум более низкой частоты, зависящей от скорости вращения ротора, т. е. от нагрузки электродвигателя.
Так же, как и вибрации, интенсивность шума очень сильно возрастает при совпадении частоты свободных колебаний упругой системы с частотой вынуждающих сил.
Поврежденный подшипник является источником шума повышенной интенсивности и по частоте этого шума можно установить характер неисправности. Свистящий шум указывает на отсутствие смазки. Скрежет служит признаком загрязнения смазки (наличия твердых частиц в ней), поломки сепаратора или задевания вала за крышки подшипника. Такой же характер шума возникает в начале разрушения рабочей поверхности втулки или вала. При большом разрушении поверхности втулки или вкладыша подшипника скольжения, разрушении поверхности кольца, шарика или ролика прослушивается стук в подшипнике. Причиной стука может быть и ослабление посадки внутреннего кольца на валу или наружного кольца в подшипниковом щите.
При появлении повышенного шума подшипник должен быть вскрыт и внимательно осмотрен во избежание серьезной аварии электродвигателя.

Смотри еще по разделу:
НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННОЕ НАГРЕВАНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВРЕЖДЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ

ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ВИБРАЦИИ И ШУМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ПОВЫШЕННЫЙ ИЗНОС И ПОВРЕЖДЕНИЕ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Методы снижения шума двигателя

Уровень шума снижают капотированием (или использованием звукопоглощающих перегородок) двигателя, с помощью конструктивных мероприятий, воздействием на процесс сгорания, установкой глушителей.

Капотирование применяют на автомобильных, тракторных и небольших стационарных двигателях.

Звукоизолирующие перегородки для снижения шума устанавливают в судовых и стационарных двигателях.

К конструктивным мероприятиям относятся: уменьшение зазора между поршнем и цилиндром; увеличение длины юбки поршня; применение дезаксиального кривошипно-шатунного механизма и безударного профиля кулачка распределительного вала; увеличение толщины стенок втулки цилиндра в месте расположения камеры сгорания; использование шумоизолирующих прокладок и т.п. Обеспечение плавного перехода на индикаторной диаграмме от линии сжатия к линии сгорания и снижение скорости нарастания давления способствует уменьшению уровня шума сгорания.

Уровень шума впуска или выпуска снижают с помощью глушителей. По принципу действия глушители делят на активные (рис. 30, а, б) и реактивные (рис. 31, а, б).

В активных глушителях звуковая энергия превращается в теплоту при прохождении волны через сопротивление (сетки, перфорированные листы, звукопоглощающие материалы). Эффективность глушителя с перфорированным конусом выше, чем глушителя со звукопоглощающим материалом, однако, сопротивление первого глушителя больше. Глушитель шума на линии всасывания в компрессор (активный) обычно состоит из ряда плоских металлических дисков, оплетенных тонким шерстяным войлоком, или изогнутых металлических дисков, оклеенных тонким войлоком. Реактивные глушители представляют собой или расширительную камеру, или ряд резонансных камер. В этих глушителях происходит уменьшение амплитуд колебаний вследствие расширения потока газа.

Реактивные глушители эффективно заглушают низкочастотный шум, а активные — высокочастотный. Обычно используют комбинацию глушителей обоих типов, где активным элементом является перфорированная трубка, вокруг которой находится звукопоглотитель (стекловойлок, минеральная шерсть, вата, пенопласт). Параллельно активному элементу включен реактивный глушитель, представляющий собой камеру тороидальной формы, закрытую крышкой с отверстиями.

9. Виброакустическая диагностика

Методы виброакустической диагностики обеспечивают оценку технического состояния силовой установки путем использования информации, содержащейся в колебательных процессах, сопровождающих функционирование двигателя.

Как это было указано, динамические нагрузки вызывают появление и распространение акустических волн, как в самом двигателе, так и в окружающей среде. Параметры вибрации зависят, таким образом, от спектра и интенсивности возбуждающих сил и свойств виброакустического канала, расположенного между источником вибрации и точкой съема информации.

Причины возникновения неисправностей ГТД часто связаны первоначально с изменением характера действующих нагрузок, которые затем приводят к появлению дефекта, изменяющего собственные свойства системы, т.е. характеристики виброакустического канала. Следовательно, появляется возможность более раннего обнаружения и предупреждения развития дефектов методами виброакустической диагностики по сравнению с другими способами. Действительно, например, перекосы в шлицевых соединениях могут быть выявлены по изменению характера динамических нагрузок значительно раньше, чем появятся следы износа.

Вместе с тем ясна и сложность задачи вибродиагностирования, так как число источников вибрации в двигателе велико, а к точке приема виброакустической информации последняя приходит многими путями.

Наиболее распространенные направления виброакустической диагностики основаны на измерении акустического шума, излучаемого двигателем, а также пульсаций скорости и давления потока в проточной части ГТД, вибрации корпуса двигателя, колебаний рабочих лопаток и других ответственных элементов ротора турбомашины. Особое место занимает метод акустической эмиссии.

Метод акустической эмиссии основан на регистрации волн напряжения, возникающих при появлении дефектов в структуре материала детали или пластических деформациях. Особенность сигналов акустической эмиссии заключается в том, что его частоты лежат в диапазоне более 100 кГц. Метод отличается высокой чувствительностью и находит применение при обнаружении трещин в начальной стадии их развития во внутренних полостях охлаждаемых лопаток, а также при диагностике различных соединений.

Аэродинамические процессы, происходящие в лопаточной машине, порождают вибрационный шум. Его интенсивности растет при увеличении турбулизации потока, связанной с отклонением обтекания лопаток от расчетного, действием атмосферной турбулентности, бокового ветра, а также появлением дефектов и износом проточной части. В ряде случаев могут появиться и дополнительные спектральные составляющие, связанные с вращающимся срывом, вибрационным горением и т.д.

Вибрацию в ГТД генерируют также зубчатые соединения, подшипники и агрегаты: частоты спектральных составляющих связаны с принципом их действия. Кроме составляющих, обусловленных вращением валов и роторов, для зубчатых соединений характерно появление зубцовых гармоник izn, где z — число зубьев, для подшипников — частот следования тел качения, а для агрегатов — составляющих с частотами следования основных рабочих элементов: плунжеров, рабочих лопаток, зубьев шестерен и т.д.

Оценка состояния ГТД производится несколькими путями. Один из них — анализ частотного состава спектра путем его сравнения в исправном и дефектном состояниях. Наиболее просто, таким образом, выявляются неисправности, приводящие к появлению новых дискретных составляющих, например, вращающего срыва, или существенному изменению уровня вибрационного шума при износе лопаток компрессоров вертолетных ГТД.

Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.01 сек.)

Диагностика карбюраторных двигателей

Наличие в цилиндре неплотностей вызывает утечку из него воздуха и уменьшение давления воздуха в воздушной камере, которое также будет регистрироваться измерительным манометром. Для удобства пользования прибором по измерительному манометру определяют не давление, а относительную утечку воздуха в процентах по отношению к максимальному значению утечки. При полной герметичности цилиндра стрелка измерительного манометра будет показывать максимальное давление, которое по шкале измерительного манометра принимается за нуль. При полной утечке воздуха из цилиндра давление по шкале измерительного манометра принимается за 100%. Таким образом, отклонение стрелки измерительного манометра от нулевого значения будет указывать потерю воздуха через неплотности, выраженную в процентах. Для удобства пользования прибором шкала измерительного манометра размечена на зоны: хорошее состояние двигателя, удовлетворительное и требующее ремонта. Утечки воздуха через клапаны двигателя, указывающие на их неисправ-ности, обнаруживают прослушиванием при помощи фонендоскопа или визу-ально по колебаниям в индикаторе, устанавливаемом в свечных отверстиях, соседних с проверяемым цилиндром. Утечки через прокладку головки цилиндров определяют по пузырькам воздуха, появляющимся в горловине радиатора или в плоскости разъёма.

Диагностика по шумам и вибрациям. Шумы (стуки) и вибрации, т.е. колебательные процессы упругой среды, возникающие при работе механизмов, используют для виброакустической диагностики двигателя и других агрегатов автомобиля. Источником этих колебаний являются газодинамические процессы (сгорание, выпуск, впуск), регулярные механические соударения в сопряжениях за счёт зазоров и неуравновешенности масс, а также хаотические колебания, обусловленные процессами трения. При работе двигателя все эти колебания накладываются друг на друга и, взаимодействуя, образуют случайную совокупность колебательных процессов, называемую спектром. Это усложняет виброакустическую диагностику из-за необходимости подавления помех, выделения полезных сигналов и расшифровки колебательного спектра.

Распространение колебаний в упругой среде (твёрдые тела, жидкости, газы) носит волновой характер. Параметрами колебательного процесса являются: частота (периодичность), уровень (амплитуда) и фаза, т.е. положение импульса колебательного процесса относительно опорной точки цикла работы механизма (например, в.м.т.).

Частоту измеряют герцами, а уровень — смещением, скоростью или ускорением частиц упругой среды, давлением (в барах), возникающим в ней, или же мощностью (в децибелах) колебательного процесса. Между пере-численными параметрами уровня колебаний существуют переводные масштабы. Воздушные колебания называют шумами (стуками), а колебания материала, из которого состоит механизм, — вибрациями. Шумы воспри-нимают при помощи микрофона, а параметры вибрации — при помощи пьезо-электрических датчиков. Полученные таким образом сигналы усиливают, измеряют по масштабу и регистрируют. Средством регистрации может быть осциллограф (при визуальном наблюдении за процессом) или предельный индиикатор, например устройство, в котором при достижении заданного уровня колебаний зажигается контрольная лампа. В простейших слуховых приборах (стетоскопах) вибрации воспринимают при помощи стержня и диафрагмы.

Шумы подвержены значительным искажениям под влиянием внешней среды. Это усложняет их использование для диагностики двигателей. Вибрации воспринимаются непосредственно на поверхности диагностируемого механизма, благодаря чему дают более достоверную информацию о его техническом состоянии.

Возможность осуществления виброакустической диагностики двигателя, т.е. возможность расшифровки колебательных процессов, обусловлена следующими положениями. Колебания, возникающие при соударениях сопряжённых деталей, по своим параметрам резко отличаются как от колебаний газодинамического происхождения, так и от колебаний, обусловленных трением. Каждая соударяющаяся пара порождает свои собственные колебания. При изменении зазоров мощность колебаний резко изменяется вследствие изменения энергии соударения, при этом также изменяется длительность соударений. Принадлежность колебаний соударяющихся пар может быть определена по фазе относительно опорной точки (в.м.т., посадка клапана и др.). Величина параметров сигнала изменяется от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Существует несколько методов виброакустической диагностики. Одним из них является регистрация при помощи осциллографа уровня колебательного процесса в виде мгновенного импульса в функции времени (или угла поворота коленчатого вала). Чтобы подавить помехи и конкретизировать наблюдение, процесс регистрируют, во-первых, в полосе частот, в которой неисправность данного механизма проявляется наиболее сильно, во-вторых, на узком участке, вблизи опорной точки (например, в.м.т.), в-третьих, используют наиболее выгодные для диагностики скоростные и нагрузочные режимы и места установки датчиков. О неисправностях диагностируемого сопряжения судят по уровню и характеру спада колебательного процесса, сравнивая его с нормативным.

Другим более универсальным методом виброакустической диагностики является регистрация и анализ всего спектра, т.е. всей совокупности колебательных процессов. Анализ спектра заключается в группировке по частотам его составляющих колебательных процессов при помощи фильтров (подобно настройке радиоприёмника на соответствующие волны). Колебательный спектр снимают на узком, характерном, участке процесса при соответствующем скоростном и нагрузочном режиме работы диагностируемого механизма. Дефект выявляют по максимальному или среднему уровню колебательного процесса в полосе частот, обусловленной работой диагностируемого сопряжения. Полученные результаты сравнивают с нормативами (эталонами). Нормативы определяют экспериментально, путём искусственного введения дефектов или путём накопления и статической обработки результатов эксплуатационных наблюдений.

При автоматизированном диагностическом заключении измеренные величины амплитуд и их смещений сравнивают при помощи логического устройства с эталонами, хранящимися в блоке памяти машины.

Диагностика по параметрам картерного масла даёт возможность определить темп изнашивания деталей двигателя, качество работы воздушных и масляных фильтров, герметичность системы охлаждения, а также годность самого масла. Для этого необходимо периодически отбирать из картера пробы масла, измерять концентрацию в нём продуктов износа и кремния, определять вязкость и содержание воды. Превышение допустимых норм по концентрации в масле металлов укажет на неисправную работу сопряжённых деталей, превышение нормы содержания кремния — на неисправность фильтров, присутствие воды — на неисправность системы охлаждения, а пониженная вязкость позволит судить о годности масла.

Возможность диагностики двигателя по концентрации продуктов износа (свинца, хрома, железа, алюминия и др.) в картерном масле обусловлена зависимостью её уровня только от интенсивности изнашивания соответствующих деталей (подшипников, колец, цилиндров) двигателя. Это означает, что по истечении некоторого времени работы масла в двигателе (при практическом постоянстве объёма масла, интенсивности очистки и угаре) концентрация каждого из продуктов износа в масле достигает определённого уровня и стабилизируется. Убыль и пополнение взвешенных в масле частиц уравновешивается. Этот уровень будет тем выше, чем больше скорость изнашивания деталей двигателя. Так как скорость изнашивания при исправных системах фильтрации и охлаждения характеризует исправность сопряжения трущихся пар механизма, то по уровню концентрации можно выявить скрытые и назревающие отказы.

Уровень концентрации к продуктов износа в масле после наступления его стабилизации определяется выражением

где с — интенсивность поступления в масло продуктов износа;

в ф — интенсивность удаления продуктов износа маслоочистителем;

в у — интенсивность убыли продуктов износа за счёт угара масла.

Для диагностики двигателя по концентрации продуктов износа в картерном масле (каждого металла в отдельности) применяют спектральный анализ, обладающий весьма высокой чувствительностью.

Спектральный анализ заключается в следующем. Пробу картерного масла сжигают в высокотемпературном пламени вольтовой дуги и регистрируют спектр при помощи спектрографа или автоматизированной фотоэлектрической установки. Пары продуктов износа дают линейчатый спектр, который подвергают качественному и количественному анализу.

Качественный анализ состоит в обнаружении спектральных линий, свидетельствующих о присутствии в картерном масле металлов изнашивающихся деталей, а количественный — в определении интенсивности почернения спектральных линий. Плотность почернения линий измеряют при помощи микрофотометра. Полученный результат переводят в абсолютные единицы концентрации, используя тарировочные графики. График строят для каждого элемента по результатам анализа эталонов (проб масла с известным содержанием элемента). В процессе эксплуатации на каждый автомобиль ведут график изменения уровня концентрации продуктов износа металлов наиболее ответственных деталей двигателя (например, цилиндров — Fe , поршней — Al , колец — Cr , подшипников коленчатого вала — Pb ), а также следят за концентрацией кремния, вязкостью и другими параметрами масла. Таким образом наблюдая за темпом изнашивания основных деталей, за появлением в масле кремния и годностью масла, заблаговременно выявляют отказы механизмов и систем, и прогнозируют ресурс работы двигателя.

IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017

ИСТОЧНИКИ ШУМА ВЕНТИЛЯТОРОВ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМ

• Авторы
• Файлы работы
• Сертификаты

С техническим прогрессом и улучшением качества жизни предъявляются серьезные требования к выработке шума различными приборами, в частности вентиляторам. Тема статьи актуальна, на данный момент вопрос о необходимости малошумных вентиляторов стоит в сфере обороны, так как обнаружение подводных объектов ведется посредством передачи и приема акустических волн. Целью работы является анализ всех источников шума вентилятора и поиск методов, позволяющих избавиться или снизить его. Упругие колебания – это колебания механических систем, упругой среды или ее части, возникающие под действием механического возмущения, распространяющиеся в упругой среде. Частный случай акустических волн – слышимый человеком звук. Отсюда происходит термин акустика (от греческого akustikos – слуховой) – область физики, исследующая упругие колебания волны от самых низких до самых высоких частот, и в этом числе слышимый человеком звук [1]. В зависимости от частоты акустические волны подразделяются на инфразвуковые, звуковые, ультразвуковые и гиперзвуковые (Табл. 1). Границы между первыми тремя диапазонами определяются свойствами человеческого слуха. Граница четвертого диапазона определяется предельной частотой акустических волн, распространяющихся в воздухе. Таблица 1 Диапазон частот акустических волн

Название волн	Свойства	Частота, Гц
Инфразвуковые	Ниже границы слышимости	10 9

Физическая характеристика громкости звука — уровень звукового давления. Измеряется в децибелах (дБ). Например, 30 дБ — шепот. 50-65 дБ — тихий / громкий разговор. 70-80 дБ — крик. 100 дБ — tutti симфонического оркестра. 140 дБ — самолет на старте [2].

Чувствительность акустической системы — характеристика, показывающая, насколько громким будет звучание при подаче на динамик сигнала определенной мощности. Чувствительность измеряется в дБ/Вт/м. Например, значение чувствительности в 93 дБ/Вт/м говорит о том, что при подаче мощности 1 Вт от усилителя динамик создает на расстоянии 1 м на оси излучения уровень звукового давления 93 дБ. Типовые значения чувствительности современных акустических систем лежат в диапазоне 84 -97 дБ/Вт/м.

Помимо полезной составляющей, акустика может иметь и неполезную составляющую, от которой стремятся избавиться.Шум — беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры [3]. Источниками акустического шума могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах.

Как было сказано ранее суммарный шум, который издает подводная лодка, может рассекретить местоположение объекта под водой. Чтобы уменьшить фактор обнаружения посредством гидролокации, нужно определить источники шумов на подводной лодке и избавится от них. Так как современная подводная лодка в обычном погруженном состоянии не может обновлять свой внутренний воздух свежим атмосферным воздухом, на ней должна быть создана искусственная среда. Так как лодка может находиться под водой долгое время, одной из самых насущных проблем для людей, находящихся на борту субмарины, является создание комфортной и здоровой среды обитания. Данную среду обитания помогает установить вентилятор, который и является одним из источников шумов [4].

Для правильной оценки акустических параметров вентилятора необходимо иметь шумовые (акустические) характеристики, определение которых предусматривается действующими стандартами и техническими условиями на вентиляторы.

Шумовые характеристики вентиляторов определяются по ГОСТ 12.2.028–84 и должны быть указаны в паспортах и каталогах вентиляционного оборудования, а при их отсутствии должны рассчитываться. Для вентилятора как источника шума характерно существование трех независимых путей распространения шума: по воздуховодам, на всасывании и нагнетании и через стенки корпуса в пространство, окружающее вентилятор (вокруг вентилятора).

В большинстве случаев весьма эффективной мерой борьбы с шумом в системе вентиляции является рациональный выбор параметров и качества этой системы на стадии ее проектирования, в частности, выбор состава, протяженности, оптимального количества подаваемого воздуха, выбор вентилятора, размеров воздуховодов и скорости потока в них, компоновки арматуры.

Источниками шума в вентиляционных системах являются работающий вентилятор, электродвигатель, подшипники, воздухораспределители, воздухозаборные устройства.

По природе возникновения различают аэродинамический и механический шум. Аэродинамический шум вызывается пульсациями давления при вращении колеса вентилятора с лопатками, а также за счет интенсивной турбулизации потока. Механический шум возникает в результате вибрации стенок кожуха вентилятора, в подшипниках, в передаче.

Существуют следующие технические решения. Для уменьшения шума и вибрации проводится ряд предупредительных мер [5]:

тщательная балансировка рабочего колеса вентилятора;

применение вентиляторов с меньшим числом оборотов (с лопатками, загнутыми назад и максимальным КПД);

крепление вентиляторных агрегатов на виброоснованиях;

присоединение вентиляторов к воздуховодам с помощью гибких вставок;

обеспечение допустимых скоростей движения воздуха в воздуховодах, воздухораспределительных и воздухоприемных устройствах.

Если перечисленных мероприятий недостаточно, для снижения шума применяют специальные шумоглушители. Шумоглушители бывают трубчатые, пластинчатые и камерного типа. Необходимость установки шумоглушителей определяется на основании акустического расчета вентиляционной системы.

При выборе подшипников также предъявляются требования к шумности. Для снижения шума лучше всего применять однорядные радиальные шариковые подшипники; подшипники других типов создают более высокий уровень шума и вибрации. Так, уровень вибрации роликовых подшипников выше, чем у шариковых, на 5 дБ и более. Такую же величину составляет превышение уровней вибрации подшипников тяжелой серии по сравнению с подшипниками средней серии.

Устранение перекосов, осевых люфтов, а также чрезмерно больших радиальных и осевых натягов уменьшает шум подшипников на 5—10 дБ 6. Уменьшение размера подшипника на один номер сопровождается снижением его шума на 1—3 дБ. Грязь и прочие инородные тела в подшипнике и в смазочном материале могут вдавливаться в дорожку качения и привести к уве­личению шума. Целесообразно также применение специальных малошумных подшипников, производство которых освоено промышленностью. Радикальным средством снижения шума и вибрации подшипников является переход на подшипники скольжения, имеющие уровни шума на 15—20 дБ ниже, чем у подшипников качения, особенно в области высоких частот 7.

Использование малошумных электродвигателей с уровнем шума, не превышающим 50— 60 дБ, также является одним из технических решений. Для создания такого электродвигателя применяются следующие меры 8:

1. Большое значение имеет правильная центровка электродвигателя с приводным механизмом, совместная их балансировка, применение амортизаторов и эластичных муфт.

2. Изменяются конфигурация и размеры магнитопровода для снижения магнитного шума электродвигателей, В частности, уменьшению шума способствуют выбор благоприятного соотношения чисел пазов статора и ротора, скос пазов статора или ротора на одно зубцовое деление, уменьшение раскрытия пазов, снижение индукции в воздушном зазоре и увеличение зазора, укорочение шага обмотки и т. д.

А вот применение электродвигателей большей мощности, используемой не полностью для устранения шума в вентиляционной системе не целесообразно, так как запас мощности позволяет ослабить вентиляцию, что в условиях отсутствия свежего воздуха, негативно скажется на жизнедеятельности людей, находящихся на субмарине. Хотя ослабление вентиляции позволяет снизить шум.

Следующая область, которая занимается уменьшением шума, является использование специальных материалов. Для монтажа звукоизолирующих кожухов следует применить два типа материалов – поглощающие избыточные звуки и шумоизолирующие 9. Они делятся на мягкие материалы и полужесткие материалы.

В основе изготовления мягких материалов лежит минеральная вата, стекловолокно, а также это может быть войлок, джут, обычная вата и т.д. Такой материал обладает высокими звукопоглощающими свойствами, звукопоглощающий коэффициент составляет более 0, 7 или 70%. Также большую роль играет небольшая объемная масса – около 70 кг/м3.

Полужесткие материалы представляют собой плиты из спрессованной минеральной ваты или стекловолокна. Также это материалы, которые имеют ячеистое строение – например, пенополиуретан. Звукопоглощающий коэффициент лежит в пределах между 0,5 и 0,75 (от 50% до 75%). Объемная масса больше и находится в промежутке между 80 и 130 кг/м 3 .

Также существуют сэндвич-системы – это многослойная конструкция, которая состоит из нескольких слоев строительных материалов: жесткие слои снаружи, мягкие и плотные слои внутри. Жесткими слоями могут быть плиты перекрытия и листы гипсокартона. Они играют звукоизоляционную роль и звукоизоляция прямо пропорциональна их плотности. Мягкий и плотный материал играет роль звукопоглотителя. Здесь находят применение материалы, у которых волокнистая структура: стекловата, минеральная вата и т.д. Большое значение имеет толщина такого материала, она должна быть не менее 5см и заполнять внутреннее пространство на менее чем наполовину.

В настоящее время существует материал, производством которого занимается компания «ШумОФФ», имеющий коэффициент поглощения шума примерно 0.95 9.

1. Материал обладает способностью медленно (в течение 40 минут) восстанавливаться после длительного сжатия. Тем самым обеспечивается легкий монтаж двух поверхностей большой площади между которыми монтируется уплотнитель «Герметон». Материал, восстанавливаясь, заполняет пустоты, не позволяя в дальнейшем панелям издавать скрипы и создает дополнительную герметизацию, уменьшая нежелательное воздействие внешнего шума.

2. Пропитка материала обеспечивает его специальные свойства по горючести. Скорость его горения менее 10 м/мин (ГОСТ 25076). Другими словами, если убрать открытое пламя, материал не разгорается, а затухает. Это свойство очень важно, так как материал часто применяется для обработки стыков воздуховодов в автомобиле и при обработке электропроводки и колодок электропроводов (чтобы от них не возникало нежелательных звуков, стуков во время движения). Пропитка, так же, значительно снижает способность воды попадать во внутрь материала, что позволяет вести обработку поверхностей с возможным попаданием воды (например, внутренняя часть двери автомобиля, окна ПВХ).

3. Клеевой монтажный слой обладает стойкостью к воде, что позволяет работать материалом внутри дверей автомобиля, где возможно попадание воды через уплотнитель в районе стекла.

4. Материал не выделяет запаха и не окрашивает прилегающие поверхности в процессе эксплуатации, что свойственно некоторым подобным продуктам с битумной пропиткой (имеют высокую горючесть, запах, маслянистые пятна на монтажных панелях).

В ходе работы были выявлены основные причины шума в вентиляторах и вентиляторных системах, проведен их анализ и приведены практические советы по снижению шума, будь то технические решения или использование специальных материалов. Хочется отметить, что интеграция различных технических решений позволит повысить качество снижения шума.

Акустика. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BA%D1%83%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 (дата обращения 6.03.2017).

Что такое децибелы? URL: http://www.avclub.pro/articles/audio-video-ot-a-do-ya/izmereniya-edinitsy-izmereniya-detsibely/ (дата обращения 6.03.2017).

Шум. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%83%D0%BC (дата обращения 6.03.2017).

Шумопоглотители. URL: http://enginerishka.ru/ventilyaciya/shumoglushiteli.html (дата обращения 6.03.2017).

Борьба с шумом электродвигателей

http://delta-grup.ru/bibliot/16/74.htm (дата обращения 6.03.2017).

Механический шум. URL: http://www.un-s.ru/mech_shum.html (дата обращения 6.03.2017).

Борьба с шумом от электродвигателей. URL: http://delta-grup.ru/bibliot/16/74.htm (дата обращения 6.03.2017).

Шумоизоляция оборудования. URL:http://www.shumovnet.ru/practice/shumoizoljacija_oborudovanija/(дата обращения 6.03.2017).

Шумофф. URL: http://xn--54-7lcixia1a.xn--p1ai/index/shumopogloshhenie/0-6 (дата обращения 6.03.2017).

Гольдштейн А.Е. Физические основы получения информации: учебник для прикладного бакалавриата/ А.Е. Гольдштейн. – М.: Издательство Юрайт, 2016. – 291с. – Серия: Университеты России.

Дмитриев В.С., Иванова В.С. Основы теории колебаний и моделирование колебательных систем в технике. Часть I / В.С. Дмитриев, В.С. Иванова; Национальный исследовательский Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 216с.