X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Актуальность

Со временем техника все больше и больше развивается, но наряду с этим растут и требования к различным приборам и машинам. Одним из этих требований является низкий уровень шума и вибраций.

В оборонной промышленности, в частности судостроения, как нигде актуальная проблема шума и вибраций. Так пеленг и обнаружение всех подводных объектов происходит акустическим методом. Таким образом, уменьшив количество шумов до минимума, можно добиться относительной невидимости своих объектов на радарах противника.

С другой стороны, шум негативно влияет на здоровье человека. Существует ряд серьезнейший заболеваний, напрямую связанных с нервной системой. Однако на подводной лодке вентиляторы работают постоянно, помогая все время перемешивать воздух и распределять его по пространству. Поэтому в идеальном случае тишина, а в реальном случае снижение вибраций и шумов просто необходимо.

Цель

Шум вентиляционной системы складывается из шума самого вентилятора и двигателя. Он вносит наиболее существенный вклад в создание шумов и вибраций. Поэтому целью работы является анализ некоторых типов двигателей и подбор наиболее оптимального варианта.

Двигатель постоянного тока

Состоит из статора, якоря, коллектора, щеткодержателя и подшипниковых щитов (рис. 1). Статор состоит из станины (корпуса), главных и добавочный полюсов, которые имеют обмотки возбуждения. Он имеют полюсные наконечники, которые обеспечивают необходимое распределение магнитной индукции в зазоре.

Рис. 1. Машина постоянного тока:

1 – вал; 2 – передний подшипниковый щит; 3 – коллектор; 4 – щеткодержатель; 5 – сердечник якоря с обмоткой; 6 – сердечник главного полюса; 7 – полюсная катушка; 8 – станина; 9 – задний подшипниковый щит; 10 – вентилятор; 11 – лапы; 12 – подшипник

Якорь состоит из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. В изолированные пазы цилиндрической поверхности сердечника якоря укладывают обмотку.

Коллектор – цилиндрическое тело, состоящее из отдельных медных пластин, изолированных друг от друга и от корпуса якоря. Внешняя цепь машины присоединяют к коллектору посредством металлографитных щеток, которые помещаются в обоймах щеткодержателей и прижимаются к коллектору пружинами.

Преимущества и недостатки ДПТ

Преимущества:

Простота устройства и управления;

Компактный размер

Обладают большой перегрузочной способностью.

Недостатки:

Относительно высокая стоимость;

Необходимость профилактического обслуживания коллекторно-щеточных узлов;

Ограниченный срок службы из-за износа коллектора.

Эти недостатки машин обусловлены наличием щеточно-коллекторного узла, который к тому же является источником радиопомех и шумов [2].

Малоинерционные двигатели с печатной обмоткой [1]

Принципиальная схема и конструкция двигателя постоянного тока с печатными обмотками на дисковом якоре представлена на рис. 2. Основой этой машины является плоский диск 1, на обеих сторонах которого печатным способом нанесены медные полусекции 2 обмотки якоря. Соответствующее соединение между полусекциями обеспечиваются внешними и внутренними контактными переходами 3 по периферии диска. Дисковый якорь с помощью ступицы 4 крепится на валу 5 и может свободно вращаться в подшипниках 6. Магнитное поле в зазоре создается торцовой магнитной системой. Полюсы магнитной системы, состоящие из постоянных магнитов 7 и полюсных наконечников 9, встроены в стальную станину 8 кольцеобразной формы.

Рис. 2. Двигатель с печатной обмоткой, предложенный Ж. Анри-Бодо

Магнитный поток проходит через печатный якорь и замыкается по второму кольцу 10 из магнитно-мягкого материала. При вращении якоря печатные проводники 2 обмотки пересекают линии магнитного поля, параллельные оси вращения диска. Кольца 10 может быть составной частью или неподвижного статора, или подвижного статора.

Функции коллектора выполняет сама печатная обмотка, к проводникам 2 которой прижимаются коммутирующие щетки 11.

По принципу действия данная машина не отличается от электрических машин постоянного тока с цилиндрическим якорем.

Стоит заметить, что использование обмотки в качестве коллектора возможно только в машинах постоянного тока малой мощности (100-200 Вт). Для повышения износоустойчивости печатных проводников, контактирующих со щеткой, применяются специальные покрытия толщиной в несколько микрон из материалов, таких как родий, палладий и т.д.

Преимущества и недостатки ДПО

Преимущества:

Меньшая стоимость при массовом производстве. Технология изготовления печатного якоря ДПО полностью поддается механизации и автоматизации, поэтому при массовом производстве трудоемкость изготовления печатного якоря будет низкой. Стоимость материалов якоря по сравнению со стоимостью материалов и комплектующих деталей всего двигателя в целом весьма мала.

Возможность значительного улучшения динамических качеств двигателя. Высокие плотности тока в печатной обмотке, на порядок превышающие плотность тока в якоре обычной машины, в совокупности с весьма малым весом и размерами печатного якоря позволяют снизить момент инерции якоря и обеспечить высокие ускорения ротора

Спокойная, практически безыскровая коммутация;

Низкий уровень шумов и вибраций.

Шум в электрической машине возникает вследствие механических и магнитных колебаний.

Недостатки:

Меньшая долговечность, которая обусловлена главным образом быстрым износом меди печатных проводников в месте установки коммутирующих щеток.

Наличие потерь на вихревые токи. Вихревые токи возникают при перемещении проводников якоря в основном магнитном поле возбуждения переменной полярности.

Повышенное сопротивление обмотки. Обусловлено повышенное сопротивление применением высокой плотности тока в печатных проводниках.

Уменьшение шума и вибраций

Также для улучшения звуковых характеристик можно использовать методы уменьшения вибрации, шумопоглащения и шумоизоляции.

Один из методов уменьшения механических вибраций – использование полиметилсилоксановой жидкости. Данная жидкость используется как демпфирующий элемент. Основной особенностью ее является отсутствие необходимости расчета частот вибраций, так как эта жидкость имеет демпфирующее свойство на широком диапазоне частот.

Также использование особых шумопоглощающих и шумоизоляционных материалов внесут существенный вклад в уменьшение звуковых вибраций.

Вывод

Таким образом, взвесив все плюсы и минусы каждого из представленных в данной работе двигателей и путей решения проблемы шума, можно достичь оптимальных параметров шума, вибраций и экономических составляющих.

Литература

Казанский В.М. Основич Л.Д. Малоинерционные электродвигатели постоянного тока с печатной обмоткой на якоре. – М.: «Энергия», 1965. – 97 с.

Приводы и двигатели постоянного тока. URL:http://www.maxplant.ru/article/dc_drive.php (дата обращения 31.01.2018);

Клюкин И.И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. – Л.: «Судостроение», 1971. – 412 с.

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 31.01.2018);

Что такое децибелы? URL: http://www.avclub.pro/articles/audio-video-ot-a-do-ya/izmereniya-edinitsy-izmereniya-detsibely/ (дата обращения 31.01.2018);

Шум. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%83%D0%BC (дата обращения 31.01.2018);

R.W. Trent. Кондиционирование воздуха на подводных лодках. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2125 (дата обращения 31.01.2018);

Шумопоглотители. URL: http://enginerishka.ru/ventilyaciya/shumoglushiteli.html (дата обращения 31.01.2018);

Борьба с шумом электродвигателей

http://delta-grup.ru/bibliot/16/74.htm (дата обращения 31.01.2018);

Механический шум. URL: http://www.un-s.ru/mech_shum.html (дата обращения 31.01.2018);

Шумоизоляция оборудования.URL:http://www.shumovnet.ru/practice/shumoizoljacija_oborudovanija/(дата обращения 31.01.2018);

Шумофф. URL: http://xn--54-7lcixia1a.xn--p1ai/index/shumopogloshhenie/0-6 (дата обращения 31.01.2018);

Код для цитирования: Скопировать