泥漿泵電機噪音分析與降噪處理方法
2019-03-18 張帥
（西安石油大學）
【摘 要】對三套海洋平臺用18臺泥漿泵電機出廠驗收時的噪音超標問題進行現(xiàn)場分析，發(fā)現(xiàn)引起電機噪音超標的主要因素為風哨、風道曲面不合理等。歷時半年對該18臺電機進行反復整改和試驗，最終符合海洋平臺噪音技術(shù)要求。本文旨在分析總結(jié)電機噪音產(chǎn)生原因后并提出相應處理方法，希望可以為電機設計制造過程中噪音問題的處理提供一定的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】泥漿泵；電機噪音；影響因素；降噪處理
1 引言
海洋平臺用泥漿泵因作業(yè)環(huán)境的特殊性，如防腐防爆要求、作業(yè)空間狹小等，對泥漿泵電機（900kw交流變頻電機）的性能指標提出了更高的要求。一般情況下要求海洋平臺用泥漿泵電機噪音不允許超過90dB。
2 現(xiàn)場實地考察分析
在海洋鉆井平臺的建造中，泥漿泵作為核心設備，其電機的出廠試驗受到了參與建設各方的高度重視。因此，各方代表共同前往電機制造企業(yè)對18臺電機進行驗收。
驗收內(nèi)容包括進風口靜壓與風量的測定、定子繞組對機座絕緣電阻的測定、定子繞組在試驗冷狀態(tài)下電流電阻的測定、等效溫升試驗、超速試驗、振動試驗、噪聲試驗、空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、定子繞組對機座的耐電壓試驗、定子繞組匝間耐電壓試驗等。除噪聲超標外，其余各項均符合技術(shù)要求。
唯有噪聲試驗實測為92～95dB，超過海洋平臺噪音技術(shù)指標所規(guī)定的90dB。有必要對電機進行噪音分析及降噪處理。
3 電機噪音分析
電機噪音產(chǎn)生的原因是多方面的，且多種噪聲源同時存在。一般情況下，分為電磁噪音、風道噪音和機械噪音。這些噪音是不可避免的，但可以盡量減小。噪音的大小與電機設計、制造、裝配質(zhì)量及運行狀況息息相關(guān)。比如，在高速運轉(zhuǎn)時，主要是空氣動力噪音；在中、低速運轉(zhuǎn)時，主要是電磁噪音。
3.1電磁噪音
電磁噪音主要由兩方面造成。是由氣隙磁場作用在定子鐵芯上的徑向分量產(chǎn)生，它是通過磁軛向外傳播，使定子鐵芯產(chǎn)生變形振動。第二是氣隙磁場的切向分量，與電磁轉(zhuǎn)矩相反，使鐵芯齒局部產(chǎn)生變形振動。當徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時，就會引起共振，增強了振動與噪音，嚴重時危及電機的安全。
3.2機械噪音
機械噪音是多方面的，主要包括軸承噪音、轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的噪音、及裝配精度而引起的噪音。大多數(shù)的電機選用滾動軸承。滾動軸承有內(nèi)圈、外圈、滾珠和保持架組成，在電機旋轉(zhuǎn)時，這些元件之間存在相對運動、表面不光滑或存在異物，導致相互摩擦與碰撞而產(chǎn)生噪音。
轉(zhuǎn)子的不平衡主要分為靜不平衡、動不平衡兩種。若電機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布均勻、制造與裝配時的圓度和同心度合格，則運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對支架或軸承的壓力只有轉(zhuǎn)子本身的重量。若是轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布不均勻，則在轉(zhuǎn)動時就會產(chǎn)生離心力，軸承或支架就會受到周期性的離心力作用，引起振動，產(chǎn)生噪音。此外，還需重視電機附加零件如風扇等的動平衡精度。
此外，電機產(chǎn)生的噪音值與裝配精度有很大關(guān)系，比如軸承滾珠、表面粗糙度、內(nèi)外圈溝槽的尺寸精度及形位公差等裝配不適都會引起振動，從而產(chǎn)生噪音。
3.3空氣動力噪音
空氣動力噪音主要分為渦流噪音和笛鳴噪音兩種。其中渦流噪音是由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和隨軸旋轉(zhuǎn)的冷卻風扇引起冷卻空氣流在旋轉(zhuǎn)表面交替出現(xiàn)渦流而引起的，流動越快、變化越劇烈，噪音也就越大；笛鳴噪音則是壓縮的高速空氣流在障礙物（如凸點、焊渣等）上掃過而產(chǎn)生的“風哨”。
4 電機噪音的判定及降噪處理
電磁噪音會隨電壓或負載的提高而明顯增大，由其是電機啟動過程中噪音特別大，斷電后立刻消失；機械噪音主要是由電機的轉(zhuǎn)速有關(guān)，可以通過調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，測量電機振動從而判定；空氣動力噪音的判定可重點關(guān)注進出風口的噪音，通過變換電機轉(zhuǎn)速，人為的堵住風口或去掉風扇，檢測噪音的變化。
在此次泥漿泵900kw交流變頻電機驗收中，18臺電機均出現(xiàn)噪音超標的問題。因此，進一步增加同一電機空載和負載試驗、同一電機振動試驗等反復對比試驗，在試驗中，初步判定該批次電機噪音主要為風道噪音。對隨機抽取一臺電機進行拆檢。拆檢后發(fā)現(xiàn)如下問題：風機葉輪焊縫不連續(xù)且葉面不光滑。
經(jīng)過現(xiàn)場分析及試驗，葉輪在焊縫不連續(xù)的情況下，變速旋轉(zhuǎn)至1400r/min的過程中可產(chǎn)生“風哨”，即笛鳴噪音；葉面不光滑，葉輪旋轉(zhuǎn)時造成高速空氣流摩擦也會產(chǎn)生“風哨”。此為該批次電機主要噪音源。通過對該批次電機葉輪進行封閉焊、清渣、打磨葉面等工作后，重新組裝試驗后，成功降噪至90dB以下。
此外，在機械噪音方面，筆者認為除軸承噪音、轉(zhuǎn)子動平衡及裝配精度外，還應在電機殼體方面進行研究，，同種材料在振動時容易產(chǎn)生共振，會造成更大的噪音。因此為控制電機的噪音，可在電機殼體的設計中盡量避免采取同種材料。
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