Большинствоэлектроприводовбытовых машин имеют систему принудительного воздушного охлаждения в виде вентиляторного устройства и потокосоздающих и потоконаправляющих элементов. Кроме того, вентиляторные устройства имеют целые классы бытовых машин: пылесосы, тепловентиляторы, вентиляторы, кондиционеры и т.д. Поэтому достоверная диагностика этих систем и приборов невозможна без изучения шумов и вибраций вентиляторов.
Шумы и вибрации вентиляторных устройств вызываются механическими колебаниями приводов и собственно аэродинамическими явлениями. Механические вибрации приводов рассмотрены ранее, поэтому в этом подразделе рассматриваются источники вибрации аэродинамического происхождения, создаваемые пульсациями давления в движущемся потоке охлаждающего воздуха (газа).
Величина пульсаций давления в потоке сильно зависит от конструктивных особенностей потокосоздающих, потокопроводящих и распределительных элементов, а также от скорости потока. Причинами пульсаций давления, а значит шума и вибраций БМП могут быть:
- срыв потока при обтекании тел и образование турбулентностей у поверхностей обтекания, стенок канала;
- неоднородность потока воздуха и его взаимодействие с рабочими колесами;
- неустойчивые течения воздуха у препятствий раздела между подвижным и неподвижным воздухом (каверны, полости и т.д.);
- аэроупругие колебания недостаточно жестких конструкций в потоке воздуха.
В большинстве случаев пульсации давления и создаваемая ими вибрация носят случайных характер и невысокий уровень, однако при обтекании воздухом различных элементов возможно появление автоколебаний этих элементов на собственных частотах. Уровень этих колебаний может быть достаточным, чтобы возбудить тональный шум и даже вибрацию корпуса электропривода или машины.
В центробежных и осевых вентиляторах, применяемых в БМ и П, основными источниками возмущающих сил аэродинамического происхождения являются срыв вихрей с задних кромок рабочих лопастей и турбулентность потока при обтекании препятствий. В первом случае вынуждающие силы, создающие вибрацию вентилятора, действуют преимущественно на рабочие лопасти, а во-втором на обтекаемые препятствия. Экспериментальные исследования вибрации вентиляторов показывают, что она имеет случайный характер с широким максимумом спектра в диапазоне частот 1-2 кГц. Уровень вибрации сильно зависит от относительной скорости рабочих лопастей вентилятора и потока воздуха.
Кроме случайных составляющих шума и вибрации вентиляторов достаточно высокую интенсивность имеют гармоники неоднородности потока с основной гармоникой называемой лопастной [6]:
, (4.14)
где Zл - число рабочих лопастей;
wrt - частота вращения.
Уровень вибрации вентилятора на лопастной частоте и ее высших гармониках сильно зависит от окружной скорости рабочего колеса и расстояния от внешней кромки лопастей до “языка” вентилятора. Чем больше зазор тем ниже уровень вибрации и шума, однако падает производительность, поэтому для каждого вида вентиляторов экспериментально определяется оптимальный зазор.
Сравнительная оценка уровней вибрации приводов с принудительным аэроохлаждением, создаваемой аэродинамическими силами, и вибрации механического, электромагнитного и магнитострикционного происхождения показывает, что уровни аэродинамической вибрации при отсутствии дефектов систем охлаждения не являются определяющими. При появлении дефектов системы наибольшей вклад в вибрацию вносят автоколебания отдельных деталей приводов в потоке воздуха.