Вибрации в климатичните системи

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2007

 

Източници, видове виброизолатори, вибрации от вентилатори, нормативни изисквания

 

Една от основните задачи в процеса на проектирането и изграждането на вентилационни и климатични инсталации е да се предотврати или поне минимизира възникването на шум и вибрации при работата им. Тъй като в ролята на източници са съоръженията, от които са изградени инсталациите, то усилията са насочени в посока намиране на икономически изгодни технически решения, осигуряващи добри акустични показатели, т.е. поддържане на звуковото налягане в рамките на допустимите нива. Важни моменти при проектирането на климатичните инсталации са изборът на подходящи съоръжения, определянето на ограничителни условия при оразмеряване на въздуховодите и отчитане степента на естествено понижаване нивото на шум в тях, както и изборът на подходящи шумозаглушители.

Източници на вибрации

Основни източници на вибрации в климатичните системи са съоръженията с движещи се части като помпи, компресори и вентилатори. Характерно за тези съоръжения е вибрирането, с което е съпроводена работата им. Механичните предавки, лагерите и скоростните кутии представляват отделни източници на вибрации, създаващи допълнителен шум, както и самите електродвигатели.

При работата на системата, вибрациите се предават чрез строителните и другите елементи, с които вибриращите детайли са в пряк или косвен контакт. Обикновено, това са свързаните към съоръженията въздуховоди, тръбопроводи, както и задвижваният флуид. Тъй като се предават, създадените от едно съоръжение вибрации могат да причинят неблагоприятно въздействие върху елементи на инсталацията, намиращи се на сравнително големи разстояния от източника. Често, в зависимост от честотата и амплитудата им, вибрациите, предавани на еластична среда, като например въздуха, могат да се превърнат в неприятен шум. Ограничаването на неблагоприятното въздействие на вибрациите и тяхното разпространение се постига чрез поставяне на еластични вибропоглъщащи детайли между съоръженията, явяващи се източник на вибрации, от една страна, и строителните конструкции и свързаните към тях проводи, от друга страна.

Свободни и принудени трептения

Известно е, че свободните или собствените трептения на системата представляват честотата на вибрирането й единствено под действието на еластичните сили на подложката. Редки са случаите, обаче, когато машините и съоръженията са подложени само на собствените си трептения. В повечето случаи те са подложени и на въздействието на вибрации, предизвикани от други променящи се сили. Честотата, с която тези сили се променят, може да е различна от честотата на собствените трептения. В климатичната техника тези вибрации, наречени принудени, обикновено се предизвикват от дебаланс на въртящи се части, променящи се магнитни сили в намотките на електрически двигатели, от редуктори, лагери и други елементи.

Характеристики на принудените вибрации

Външната сила, която предизвиква принудените вибрации, се определя чрез отчитане на амплитудата, цикличната честота, с която се изменя, и времето, за което се извършва изчислението. Съществено влияние върху амплитудата на принудените трептения и енергията, предавана от вибриращата система, оказват разликите между честотите на собствените и принудените вибрации, както и коефициентът на затихване. При ниски стойности на коефициента на затихване, амплитудата на принудените вибрации бързо нараства при доближаване на двете честоти и системата изпада в състояние на резонанс.

При избор на антивибрационни подложки обикновено се търси решение, при което се постига голяма честота на принудените трептения и ниска собствена честота.

Критично затихване

За да се ограничат свободните трептения, предизвикани от някакъв начален импулс, и да не се допуска трептене на съоръжението за неопределено време, се цели затихване на вибрациите. Това се постига, като на еластичните сили се противопоставят други сили, действащи в противоположна посока. Обикновено затихването е следствие на силите на триене в самата система и съпротивлението на въздуха, което е пренебрежимо малко. Под въздействието на тези съпротивителни сили амплитудата намалява до нула, тъй като енергията на трептенията постепенно се превръща в топлина. Влияние върху избора на вибропоглъщащи устройства и необходимите мерки за ограничаване на разпространението на трептенията оказва т.нар. критично затихване. Критичното затихване зависи от начина на монтаж на съоръжението и от неговите физични показатели. Дефинира се като достатъчно значимото затихване, което е необходимо, за да предизвика постепенно завръщане на системата в първоначалното й състояние.

Видове виброизолатори

В ролята на виброизолатори за ограничаване разпространението на вибрации обикновено се използват стоманени пружини, както и виброизолиращи материали - корк, каучук и кече.

Стоманени пружини. Характеризират се с добра еластичност, издръжливост на въздействието на масла, вода и горива. Работата им е устойчива в сравнително голям температурен диапазон. В климатичната и вентилационната техника, обаче, те намират ограничено приложение. Причините са, че често се налага да се съчетават с подложка от други виброизолационни материали като корк, гума и други, тъй като не осигуряват сигурна преграда срещу разпространението на високочестотните вибрации, разпространяващи шум. Друг съществен недостатък е невъзможността им да поемат вибрации в близост до критичните честоти, а за съжаление, тези честоти не могат да бъдат избегнати при пускане или спиране на помпи и вентилатори. Стоманените пружини обикновено се предпочитат в приложения, при които честотата на принудените вибрации надвишава 1.4 пъти резонансната честота.

Корк. Над три пъти е по-твърд спрямо динамичните товари, предизвикани от вибрациите. Характеризира се с ограничена еластичност, а качествата му зависят от честотата на вибрациите. Важното условие за получаване на приемлива ниска собствена честота се изпълнява чрез осигуряване на подходящо слягане. За постигането му обикновено се прилага увеличаване на масата на съоръжението. При вентилаторите обикновено това се изпълнява чрез монтирането им върху масивни бетонни подложки. Целта е да се осигури намаляване амплитудата на вибрациите и снижаване центъра на тежестта на вибриращата маса. За изчисляване на статичното налягане, необходимо за определяне на собствената честота, обикновено се използва изразът c=Gd/AEd, където G (N) е теглото на машината с масивната подложка, ако има такава, d - дебелината на корковата подложка в cm, А - площта на корковата подложка в cm, а Ed (N/cm2) - динамичният модул на еластичност.

Каучук. Той е един от най-широко разпространените виброизолатори, въпреки неустойчивостта си на температури по-високи от 60 °С, както и на въздействието на органични масла и нефтопродукти. Основна причина за масовото използване на каучука е ниската му цена. При използване на каучукови подложки следва да се има предвид, че каучукът е несвиваем. Привидната му еластичност се дължи на способността му да се деформира, намалявайки размерите си в една посока и увеличавайки ги в друга, при запазване на общия си обем. Поради тази си особеност е препоръчително използването на каучукови подложки с височина, равна най-малко на една четвърт от най-големия им напречен размер. Ако подложката е с големи напречни размери и малка височина, тя не би могла лесно да поеме вертикалните деформации. Като добро решение се приемат вибропоглъщащи устройства, при които каучукът работи на срязване.

Въпреки че в повечето случаи в техническата документация на вибропоглъщащите устройства се посочва статичното слягане, препоръчително е в изчисленията да се отчита динамичното слягане, тъй като каучукът показва по-голяма твърдост спрямо динамични товари, дължащи се на вибрациите. При липса на достатъчно данни се допуска динамичното слягане да се приеме за равно на 70% от статичното - за мек каучук, и 40% - за твърд каучук. Често срещано е и приемането на средна стойност от 50%.

Кече. Обикновено намира приложение като препятствие срещу директно предаване на вибрациите. Чрез използването му се избягва директният контакт между строителната конструкция и твърдите метални части на вибриращия агрегат. Характеризира се с много добро вибропоглъщане, както и с ниска еластичност. Подходящо е за ограничаване на вибрации с честоти в областта на шумовото усещане.

Вибрациите от вентилатор

Вентилаторите са сред основните източници на шум и вибрации във вентилационните и климатичните системи. Шумът, възникващ при работата им, би могъл да се раздели на шум от аеродинамичен произход и на шум от механичен произход. Аеродинамичният шум обикновено се предизвиква от възникнали вихри в междулопатъчните канали, пулсации на налягането и скоростта и други. Механичният шум е пряко свързан с появата на вибрации вследствие на дебаланс на работните колела, на вибрации в електродвигателя, както и на вибрации, възникнали в отделни части на вентилатора, като лагери, механични предавки, съединители.

Възникването на вибрации е нежелателно не само поради създавания допълнителен шум, но и тъй като те се разпространяват чрез свързаните с вентилатора съоръжения. Вибрациите биха могли да окажат неблагоприятно въздействие върху производствения процес и върху хората, работещи в помещенията. Също така, появата на необичайно високи вибрации би могло да доведе дори до сериозни повреди на строителната конструкция.

Причини за възникване на вибрации

Една от основните причини, водещи до възникване на вибрации при работата на вентилатори, е не добре балансираното работно колело. За съжаление, разбалансирането на работното колело е сравнително често явление, съпътстващо работата на вентилатора.

Освен от работното колело, големината на вибрациите, съпътстваща работата на вентилаторите, се влияе й от оборотите им. Обикновено при по-високи обороти на вентилатора вибрациите са значително по-осезаеми. При вентилатор, работещ добре при ниски обороти, рязкото увеличаване на оборотите на въртене би могло да доведе до значителни вибрации. Препоръчително е вентилаторът да не се монтира непосредствено върху метална конструкция, тъй като дори и при добре балансирано работно колело, това е възможно да доведе до вибрации на строителните елементи на сградата.

Изисквания към монтажа на вентилатори

С цел ограничаване възникването на вибрации и разпространението им, вентилаторите обикновено се монтират върху стоманобетонни плочи, лежащи на еластични, антивибрационни подложки или пружини. Дебелината на плочата, върху която ще се монтира вентилаторът, се избира в зависимост от вида на вентилатора, размерите му, оборотите му на въртене и други. За намаляване на вибрациите и ограничаване разпространението на генерирания механичен шум, който те предизвикват, се препоръчва вентилаторите да се монтират в специални отделения, оградени със звукоизолиращи прегради. За да се избегне предаването на вибрации чрез въздуховодите, е добре свързването им с вентилатора да се извърши посредством мека връзка. При виброизолирането на вентилатори най-широко приложение намират стоманените пружини.

Нормативни изисквания

Към обектите и съоръженията е в сила пакет от технически правила, отнасящ се до недопускане възникването и разпространението на вибрации в системите. Техническите правила се отнасят за проектиране, изграждане и експлоатация на обектите и съоръженията и са залегнали в Наредба № 15 на МРРБ от 28 юли 2005 г. Според клаузите на нормативния документ (чл. 367), машинните помещения, вентилационните камери и топлообменните станции следва да се изградят в отделни сгради или самостоятелни помещения във или до обществено обслужващите, жилищните и производствените сгради. Също така машините и съоръженията се разполагат върху фундаменти, които се проектират при спазване изискванията на нормите за проектиране на фундаменти, подложени на динамични натоварвания от машини (чл. 368, ал. 1). машините и съоръженията трябва да се свързват към тръбопроводната мрежа с гъвкави връзки. За недопускане предаването на вибрации и структурен шум по топлопроводите се предвиждат антивибрационни подложки и опори, а при преминаването им през стени, междуетажни плочи и други строителни елементи - антивибрационни обвивки.

Намаляването на нивото на аеродинамичните шумове (чл. 369) се постига чрез естествено шумозаглушаване в елементите на въздухопроводната мрежа; вграждане на шумозаглушители във въздухопроводната мрежа към и от помещенията, както и на местата на засмукване на пресен въздух и на изхвърляния въздух (при необходимост). За увеличаване на шумопоглъщащата способност на въздухопроводите и на техните елементи се допуска вътрешното им облицоване с шумопоглъщащи материали. Вградените шумозаглушители се оразмеряват за остатъчното звуково налягане след естественото шумозаглушаване в елементите на въздухопроводната мрежа до постигане на допустимите нива в помещенията. Друго изискване, дефинирано от документа, е звукоизолирането на машинните помещения, вентилационните камери, топлообменните станции и котелни чрез подходящи конструкции на ограждащите елементи (многослойни стени, плаващи подове, облицовки).




ЕКСКЛУЗИВНО

Top