Punktowe – monopol (źródło o nieruchomym środku, fala kulista) dipol



Pobieranie 45.78 Kb.
Data03.05.2016
Rozmiar45.78 Kb.
Wykład 2
2.1. Źródła drgań mechanicznych i akustycznych
W środowisku istnieje nieskończenie wiele źródeł drgań mechanicznych i akustycznych. Klasyfikacja:



Modele teoretyczne:

Punktowemonopol (źródło o nieruchomym środku, fala kulista)

- dipol (dwa źródła w pomijalnie małej odległości, drgania w fazach przeciwnych, fala to kula

oscylująca)


  • kwadrupol (podwójny dipol wzdłużny/poprzeczny)


liniowe – np. struna,

powierzchniowy – np. membrana
Źródła hałasu w maszynach i urządzeniach:

Drgania: giętne, skrętne, wzdłużne, złożone, strukturalne (materiałowe), Rayleigha

Procesy skrawania i przecinania, zmiana spójności materiałów, procesy pękania

Inne źródła hałasu:

proces spalania, zjawiska termiczne, zjawiska chemiczne, wybuchy, fale uderzeniowe



Ze względu na lokalizację fizycznych przyczyn generowania energii wibroakustycznej źródła podzielić można następująco:

  1. Środki komunikacji i transportu

  • samoloty

  • pojazdy drogowe

  • samochody specjalne (w tym wojskowe i komunalne)

  • pojazdy szynowe

  • komunikacja wodna

  • pojazdy rolnicze

  • pojazdy rekreacyjne (wyciągi, kolejki, quady i in)

  1. Źródła przemysłowe

  • źródła zewnętrzne (sprężarkownie, kuźnie, wenty-latorownie, chłodnie, transformatory, hamownie i in.)

  • źródła wewnętrzne (różne silniki, generatory, turbiny, wentylatory, sprężarki, maszyny i urządzenia, urządzenia sygnalizacyjne, narzędzia ręczne – np. piły czy ubijaki i in.)

  1. Maszyny budowlane, drogowe, komunalne

  2. Maszyny, urządzenia i instalacje w budynkach (w tym sprzęt domowy)

  3. Obiekty komunalne, środowiskowe, wojskowe

  1. Naturalne źródła hałasu i drgań

  • sztormy, burze

  • wodospady

  • wiatr, fale morskie

Każdy obiekt w środowisku odznacza się podatnością na wymuszenie. Podatności te są funkcjami częstotliwości. Gdy wymuszenia siłowe/przemieszczeniowe będą zbliżone do którejś częstości drgań własnych – może wystąpić rezonans.


Wymuszenia mogą być losowe (np. wiatr) lub zdeterminowane, mogą pochodzić od źródeł wewnętrznych (np. zsyp, urządzenia sanitarne) czy lub zewnętrznych (np. ruch uliczny, kolejowy, praca maszyn na lub pod ziemią).
Źródłem drgań technologicznych mogą być niedokładności wykonawcze i montażowe, niewyważenie elementów, niedokładna obróbka, luzy, a także tzw. drgania samowzbudne (np. w obrabiarkach). Wały wirujące (np. turbin) mogą przy pewnych prędkościach przejść w stan dynamicznie niestateczny i wykonywać drgania o dużych amplitudach.
R
Z warunku równowagi siły odśrodkowej i siły sprężystości otrzymamy

lub


1) - wtedy dowolne

2) - wtedy x dowolne

Prędkość kątowa krytyczna:



Obroty krytyczne:




ozważmy pionowy wał z jedną tarczą kołową:



Przyczyny drgań mechanicznych maszyn i urządzeń:



  • niewyrównoważenie (mimoosiowość)

  • niewspółosiowość połączeń, łożysk i wykrzywienie wału

  • n

    ieodpowiednie łożyska

  • czop mimośrodowy

  • wadliwe koło zębate

  • poluzowanie części mechanicznych

  • zły stan pasa napędowego

  • siły aerodynamiczne i hydrauliczne

  • siły zwrotne w maszynach o ruchu posuwisto-zwrotnym

Do identyfikacji drgań konieczna jest przede wszystkim znajomość częstości, przy której one występują.





Aerodynamiczne i hydrodynamiczne źródła hałasu
Hałas aerodynamiczny (hydrodynamiczny) jest związany z przepływem płynów (gazów i cieczy). Generowana energia drgań zaburzonego płynu w przewodzie przepływa trzema drogami:

  • w płynie z prądem przepływu

  • w płynie pod prąd

  • poprzez ściankę przewodu do otoczenia,

a jego główne przyczyny powstawania i podział są następujące:
1° Hałas powstający przy okresowym otwieraniu i zamykaniu swobodnego wylotu gazów w atmosferę. Do tego typu źródeł należy zaliczyć wszelkie maszyny tłokowe pracujące w sposób porcjowy, np. silniki, sprężarki. Moc akustyczna N takiego źródła hałasu proporcjonalna jest do czwartej potęgi liczby obrotów, czyli jednocześnie prędkości strugi V i kwadratu średnicy tłoka D

2° Hałas powstający przy opływie przeszkód związany z zawirowaniem strugi za przeszkodą oraz hałas powstający w warstwie przyściennej rurociągu w wyniku odrywania się strugi. Ten typ hałasu dominuje w wentylatorach, dmuchawach i sprężarkach wirnikowych. Częstotliwości obrotowe i ich harmoniczne są wynikiem aerodynamicznego (konstrukcyjnego lub eksploatacyjnego) niezrównoważenia wirnika (różna minimalnie długość i rozstaw łopatek). Częstotliwości łopatkowe zaś i ich harmoniczne to wynik porcjowego pobierania lub zrzucania medium do rurociągu. Moc generowanego w ten sposób hałasu proporcjonalna jest do szóstej potęgi prędkości strugi gazu V.



Hałas powstający w wyniku mieszania się strumienia gazów o różnych prędkościach lub przy wypływie strumienia w spokojną atmosferę (jet noise). Kolektory rurociągów, upusty sprężonego powietrza, pary, palniki gazowe oraz silniki odrzutowe cechują się głównie hałasem tego typu. Moc akustyczna N jest proporcjonalna tutaj aż do ósmej potęgi prędkości strumienia V i kwadratu średnicy wylotowej strugi D.





4° Hałas spalania paliw stałych lub płynnych w palnikach różnego typu cechuje się również szerokopasmowym charakterem. Moc generowanego hałasu zależy tu od charakteru spalania i przy stacjonarnym spalaniu proporcjonalna jest do kwadratu prędkości wypływu medium V i szybkości płomienia S oraz wymiaru charakterystycznego palnika l.



5° W instalacjach wodnych dominują szerokopasmowe szumy kawitacyjne, związane z obecnością lub wytwarzaniem stanu ciecz-para lub ciecz-gaz. Hałas tego typu jest dominujący dla pracy pomp, zaworów, kranów itp. Po wzbudzeniu drgań mechanicznych w korpusie maszyny lub instalacji hałasy te przenoszą się następnie na całą sieć rurociągów. Dla pomp moc szumów kawitacyjnych zależna jest od prędkości obwodowej łopatek V z wykładnikiem zależnym od stadium kawitacji i typu pompy.





Opisane możliwości powstawania hałasów aerodynamicznych lub mechanicznych nie występują na ogół samodzielnie. Rzeczywisty hałas obiektu jest zawsze mieszaniną obu dróg generacji. Dlatego bardzo ważnym celem pomiarów i analiz jest określenie wzajemnych współzależności oraz sposobów powstawania tych zakłóceń.



Hałas wentylatorów i dmuchaw


Zwykle mają za zadanie nadmuch, wyciąg lub dostarczenie dużych ilości powietrza do instalacji przemysłowych. Najczęściej stosowane są wentylatory promieniowe oraz osiowe.

Hałas pochodzenia mechanicznego w wentylatorach pochodzi od łożyska, silnika i zależy od prędkości obrotowej łopatek.

Hałas aerodynamiczny można podzielić na


  • szerokopasmowy hałas pochodzenia turbulencyjnego na skutek formowania się wirów na łopatkach i elementach kierujących strugą gazu

  • na skutek współpracy części ruchomych z nieruchomymi i związanymi z tym pulsacjami strugi powietrza

Minimalny poziom dźwięku występuje w płaszczyźnie wirnika wentylatora, maksymalny – w kierunku osi wirnika. Charakterystyka kierunkowa odpowiada tu modelowemu źródłu dipolowemu.

Przy niewielkich prędkościach przepływu gazu moc akustyczna proporcjonalna jest do 5 potęgi prędkości:







    1. wentylatory promieniowe

    2. wentylatory osiowe

Uderzeniowe źródła dźwięku

czyli powstające w wyniku zderzenia dwóch lub większej liczby brył.




Wprowadza się tu podział na hałas przyspieszeniowy i hałas pouderzeniowy (por. efekt pocisku, efekt dzwonu).

Na przebieg czasowy sił zderzenia mają również wpływ geometria styku i właściwości sprężysto-plastyczne materiałów zderzających się ciał.

Energia hałasu przyspieszeniowego jest proporcjonalna do 8 potęgi wymiaru zderzających się ciał i do kwadratu prędkości.

Do energii pouderzeniowej dochodzi jeszcze promieniowanie drgających powierzchni.


Źródła hałasu wybranych elementów maszyn

Hałas przekładni zębatych


Przy przenoszeniu mocy przez układ dwu zazębiających się powierzchni powstają intensywne zakłócenia dźwiękowe natury mechanicznej. Zasadnicze przyczyny promieniowania hałasu mechanicznego są następujące:



  • uderzenia zazębienia,

  • tarcie przesuwających się względem siebie powierzchni zębów, drgania powietrza lub oleju wytłaczanego z przestrzeni międzyzębnej,

  • drgania elementów przekładni pod wpływem przenoszonych sił, zmienna sztywność strefy zazębienia w funkcji kąta obrotu.

Stąd też oprócz szerokopasmowego widma drgań i hałasu można wyróżnić następujące składowe :

- harmoniczna obrotów n wałka wolno- i szybkoobrotowego

- harmoniczne częstości zazębienia,


  • składowe kombinacyjne wokół harmonicznych zazębienia z tytułu zmiennej sztywności zazębienia

Generalnie poziom hałasu przekładni zależy od układu czynników konstrukcyjnych, technologicznych i eksploatacyjnych.

Niektóre czynniki konstrukcyjne


Typ przekładni: przekładnie o osiach równoległych są mniej hałaśliwe od przekładni o osiach skośnych lub przecinających się. Najciszej pracują przekładnie z kołami śrubowymi, daszkowymi. Podobnie rzecz ma się z przekładniami stożkowymi o zębach łukowych i z przekładniami hipoidalnymi.

Mały kąt przyporu zmniejsza obciążenia udarowe i hałaśliwość przekładni.



Luzy obwodowe kompensują odkształcenia sprężyste i termiczne i powinny być nieco większe od normatywnych. Przy zbyt małych luzach przekładnie wyją.

Szerokość wieńca - zwiększenie szerokości wieńca daje zmniejszenie naprężeń dynamicznych i poziomu hałasu.

Materiał przekładni powinien cechować się dużym tłumieniem drgań. Stąd tam, gdzie to jest możliwe, zamienia się koła stalowe na tworzywa sztuczne lub daje się wkładki obwodowe z gumy, albo tworzywa między wałem i wieńcem.

Łożyska są elementem przekazującym drgania wału na korpus przekładni, który dopiero je wypromieniowuje w postaci hałasu. Stąd tam gdzie to jest możliwe zaleca się stosowanie łożysk ślizgowych, które również gwarantują stabilniejszą pracę przekładni.

Niektóre czynniki technologiczne


Dokładność wykonania

Gładkość powierzchni. Szlifowanie zębów daje w porównaniu do frezowania 1 dB redukcji, zaś polerowanie 2 dB.

Bicie uzębienia zarówno statyczne (obróbka, montaż) jak i dynamiczne wpływa istotnie na poziom hałasu przekładni.

Niektóre czynniki eksploatacyjne


Poziom hałasu rośnie wprost proporcjonalnie do przenoszonej mocy Nm, prędkości obwodowej kół V i liczby obrotów n . Ponadto istotne znaczenie ma lepkość oleju, która może być istotną przyczyną tłumienia drgań zębów i wieńców przekładni.

Dla przekładni małej mocy (do 50 kW) poziom hałasu w odległości 1 m można wyznaczyć ze wzoru



a dla przekładni dużej mocy powyżej 50 kW




Hałas łożysk


W maszynach i urządzeniach stosowane są łożyska ślizgowe i łożyska toczne.

Hałas w łożysku ślizgowym powstaje głównie wskutek tarcia pomiędzy powierzchnią czopa a powierzchnią panewki. Tarcie zależy przede wszystkim od rodzaju i jakości smarowania.

Łożyska toczne są znacznie bardziej hałaśliwe. Podstawową przyczyną hałasu są tu zjawiska dynamiczne w węzłach łożyskowych, pochodzące w głównej mierze od wałów, na których osadzone są łożyska.

Silniki spalinowe

Hałas powstały w czasie pracy silników spalinowych wywołany może być procesami aerodynamicznymi oraz może mieć pochodzenie mechaniczne. Hałas o charakterze aerodynamicznym generowany jest podczas procesu ssania, spalania i wydechu, a także podczas odprowadzania spalin.

Hałas pochodzenia mechanicznego powstaje na skutek pracy różnych zespołów silników jak np. układu korbowo-tłokowego, mechanizmu rozrządu, pompy paliwowej i innych podzespołów. Zachodzą uderzenia na styku tłok-sworzeń tłoka-korba, korba-wał korbowy i in. Jednym z podstawowych źródeł hałasu jest praca wentylatorów.


Maszyny elektryczne

W silnikach i prądnicach prądu stałego i przemiennego można wyróżnić trzy główne sposoby generacji hałasu.



Pierwszy to hałas pochodzenia mechanicznego powstający w wyniku niewyrównoważenia wirnika, drgań łożysk tocznych, oraz tarcia i uderzeń szczotek o komutator. Niewyrównoważenie wirnika może mieć wiele powodów: termiczne odkształcenie się, przesuwanie się uzwojeń, co powoduje również niezrównoważenie sił elektrodynamicznych.

Drugi rodzaj zakłóceń to hałas pochodzenia elektromagnetycz-nego wynikający z asymetrii i dyskretacji oddziaływań w szczelinie między wirnikiem i stojanem.

Trzeci i ostatni sposób generacji hałasu jest wynikiem naturalnego lub wymuszonego opływu powietrza chłodzącego wirnik. Dla maszyn o prędkości obwodowej większej niż 50 m/s hałas aerodynamiczny staje się dominujący; słyszalny w postaci efektu syreny.

Transformatory


Zasadnicze przyczyny hałasu to drgania z tytułu magnetostrykcji rdzenia i sił elektromagnetycznych między rdzeniem i obudową. W każdym przypadku w widmie hałasu dominuje podwójna częstotliwość zasilania 2fs i jej harmoniczne 2kfs .

Transformatory małej mocy (0,03 ÷ 0,5 MVA) mogą być chłodzone powietrzem lub olejem. W tym ostatnim przypadku olej tłumi drgania rdzenia, co obniża poziom emitowanego hałasu.





2.




©absta.pl 2016
wyślij wiadomość

    Strona główna