高新技术
2017年12期︱13︱
汽车爪极发电降噪研究
沈建荣
浙江德宏汽车电子电器股份有限公司，浙江 湖州 313000
摘要：本章对汽车发电机电磁噪声进行试验分析，根据客户反馈的典型N3发电机电磁噪声问题进行详细描述，采取理论与试验相互结合的方式。根据N3产品在客户端出现的一系列噪声问题进行深入的理论分析。结合试验来对问题发电机进行结构、电磁等各方面的研究。出影响发电机产品噪声的关键因素。根据关键因素进行理论计算与分析，最终进一步优化发电机结构。从而降低发电机电磁噪声，满足客户对整车电磁噪声的苛刻要求。
关键词：汽车爪极；发电降噪
中图分类号：U46 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）12-0013-02
1 转子总成加铜环改进分析 在40、48阶次成分的噪声在某特定转速下表现出来的噪声相当突出。这表明，转子总成由于刚性不足受到电磁径向力的作用进而引发振动，电磁噪声由此辐射而出。这些是由于
发电机的爪极特殊结构而决定的。爪极在高速旋转离心力的作用下会产生形变，如果此时再受到交变电磁力的作用下极易发生共振，从而辐射出常有的电磁噪声。因此转子总成增加铜环则是降噪的一种行之有效的方案N3发电机转子总成结构改进前后噪声测试曲线图，增加了转子的刚性，即改善了转子在电磁激振力下产生的的共振问题。在2000rpm 到4000rpm 转速区间，此改善效果比较明显。噪声尖峰不再存在。 发电机定、转子之间的电磁场径向分力对定子的影响，尤其对定子槽根部具有周期性的力作用，定子容易产生共振，继而辐射出较强的电磁噪声。为了解决定子的共振问题，采取定子止口加硅胶垫的作用。其主要目的是破坏定子共振所需要的条件。采用定子止口加硅胶垫进行降噪处理，此方案主要目的是为减小定子铁芯的振动。根据前面提到的，定、转子电磁力的径向分力作用在定子上，使之产生振动，继而辐射出较强的电磁噪声。加入硅胶垫后，破坏了定子产生共振的条件。结果表明。采用此方法有一定的效果，但不是最为理想的。
2 转子总成爪极倒角改进分析 发电机正常工作时，在其磁场气隙中产生电磁力波，该电磁力有径向和切向两个分量作用在定子、转子上。其中径向分量使定子铁芯产生的振动是电磁噪声的主要来源。而切向力的分量同样作用在转子总成爪极上。减少切向力对爪极的影响的最有效的措施之一是爪部磁倒角。当发电机加载时，气隙中的磁场显著偏移，随即产生噪声。合理运用爪部磁倒角(如图1所示)，优化了电磁场、改变了爪极的受力状态，改善电磁噪声。
除了保证气隙更加均匀外，还通过控制加工精度，保证转子爪极倒角的均匀度。转子爪极倒角均匀，能
降低转子旋转通过定子铁芯齿角时的径向力波变化幅度和变化速度，从而降低因发电机转子结构振动及其引起的电磁噪声。 图1 转子总成爪极倒斜角
爪极倒角主要目的是优化结构尺寸，减小漏磁通和转矩脉动，最终目的是降低电磁激振力对转子总成的影响，从而达到降噪的目
的。N3发电机通过优化爪极结构尺寸做的降噪方案，通过对比试验前后数据得知，采用爪极倒斜角的方式有一定的降噪效果。但是相对于以上转子总成加铜环、定子止口加硅胶垫等降噪方案，此方案效果不是很明显。 3 降噪措施综合改进分析 以上针对N3产品发电机的降噪措施单独进行降噪研究并且做了噪声测试结果分析。本小结将结合N3产品转子爪极倒角、定子止口加硅胶垫、转子总成加消音铜环的降噪方案同时实施来进行对比分析。 经过采用N3产品发电机的同时实施的降噪方案分析，其结果相汽车发电机
对于单一的降噪措施来说比较理想。在N3产品发电机低转速区域，没有了明显的电磁噪声，在高转速区域的噪声比较缓和，整体看来是起到了明显的作用，选用三种降噪方案同时实施的改进型N3产品发电机在客户端装车测试，其结果与实验室结果相符合，重要的是通过了客户的认可。 经过以上对发电机电磁噪声产生的原因分析，并结合试验数据得知。爪极发电机电磁噪声产生的根本原因就是定、转子气隙间的交变电磁场径向分力作用在定子或转子上，从而使得定子或转子发生共振，继而辐射出电磁噪声。通过对以上N3产品的噪声分析，得
知48阶次电磁噪声是发电机噪声贡献最大的。 4 通风噪声问题 4.1 发电机风扇优化 发电机风扇在设计时考虑到如果扇叶在圆周均匀分布的话，风扇叶片会放大某些特定的简谐成分。因此，发电机风扇在初始设计时采用的是在圆周方向是不均匀分布的。 因为每个相邻的扇叶角度或大小不一样，结果显而易见。可以有效的避免因发电机风扇扇叶噪声矢量同相而使得某谐次放大的结
果产生。最终的结果则是避免了发电机在高速旋转时由于风扇产生的令人不舒服的噪声。 N3发电机风扇噪声主要阶次噪声测试结果。对于N3发电机，其发电机风扇噪声中的12阶次、16阶次、18阶次比较突出。所以，
在优化改进时主要考虑以上提到的3个谐次成分。根据以上分析得知，在改变风扇叶片分布的同时，目标谐次噪声减小。但是如果其次要谐次被过度放大而变成了新的主要谐次，此时就达不到优化降低噪声的目的。由此看来，我们必须使各噪声的能量能够均匀的分布在各个谐次上面。
4.2 优化结果分析
针对N3发电机的优化，我们主要采用矢量合成原理，结合加工工艺及通风要求来设计。根据上面测试数据结果采用矢量分析的方法来计算风扇叶片之间的分布角度。
同时，风扇扇叶需要进行噪声当量计算。转子风扇噪声当量指的是，我们假设转子风扇的每片扇叶在测
试点处产生的声压幅值相等且为1。这样假设的目的是对每个谐次本身的变化具有现实的意义，虽然使矢量计算结果在个谐次之间没有意义。综合以上可以对比风扇扇叶的角度变化后谐次自身的变化来科学的判断改进前后对
通风噪声结果的影响。
（下转第 14 页）
High & New Technology
︱14︱2017年12期循环冷却水系统运行效率提升研究 黄宏连 高安平 牛世祯 吴志东 李希峰
内蒙古蒙牛乳业股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 011500
摘要：在推行智能制造过程中，为提升循环冷却水系统运行效率，节约用电成本，提升智能工厂的整体能源利用率，针对循环冷却水系统存在的结垢、腐蚀、微生物滋生问题，导致能耗大、运行效率低、增加循环水系统清洗和备件更换频次、降低循环水系统设备使用寿命，通过对系统影响因素提出并设计解决方案，从而提高系统运行效率，经工厂实践表明，该设计方案方便可行。
关键词：循环冷却水系统；结垢腐蚀；运行效率
中图分类号：U664.81+4 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）12-0014-01
引言
循环冷却水是工业化生产中重要冷却介质，以水作为冷却介质，并循环运行的一种给水系统，由换热设备、冷却设备、处理设施、水泵、管道及其他有关设施组成，如：冷却塔和冷凝器系统就是循环冷却水系统，循环冷却水系统在运行过程中处理不当会在换热列管、蒸发列管、冷却塔填料、车间内换热器产生严重的结垢、腐蚀、绿藻，这些物质严重影响系统运行，需要耗成倍的电能，存在电能浪费现象，本文重点对循环冷却水系统控制与降电耗作了研究。
1 循环冷却水系统结垢与危害分析
1.1 分析
蒸发冷循环冷却水因为水盘体积小，蒸发速度快，循环水质早晚浓缩变化波动大，水质控制困难。水质浓缩快，经常导致结垢问题的发生。一直以来蒸发冷循环水系统结垢现象突出。蒸发冷循环水系统为开放式间接冷却系统，循环水与空气直接接触，和阳光直接照射等原因，蒸发冷列管及填料上细菌和藻类滋生严重，菌藻的代射产物和空气中的灰尘混合附着在列管和填料上形成污垢，易发生列管的垢下腐蚀和增加能源浪费，也容易发生填料堵塞问题。
1.2 危害
结垢、腐蚀和菌藻及生物黏泥问题的危害主要有：
◆结垢导致热交换效率下降，大大影蒸发冷的降温；
◆结垢严重时造成设备堵塞盘管、喷嘴和填料；
◆菌藻大量繁殖，增加循环水的污垢热阻，同时造成污染填料；
◆即使不堵塞管路，吸附在管壁上，也会造成垢下腐蚀；
◆腐蚀通常减少设备的使用寿命，增加维护成本；
◆水垢及生物粘泥附着在蒸发冷上，会产生热阻，造成换热效率下降，浪费大量电能源。
2 解决方案
循环冷却水系统运行效果通过对循环水水质指标pH值、电导率、浊度、浓缩倍数、钙硬度、总碱度、游离氯的评价来整体评估循环水系统运行的效果，下表通过对循环冷却水评价指标、评价标准、控制目的、解决措施方面做出系统性评价，评价方法如下： 项目 指标[1]控制目的 解决措施
pH值 6.8-9.5
1、pH值低：加快管路腐蚀速率；
2、pH值高：增加水的总碱度。
投加PH调节剂
电导率(us/cm） ＜3500
电导率间接表示含盐量，含盐量高
的水腐蚀性强
1、使用低电导率的水作为
补充水；
2、增加系统排污水量。
浊度(NTU） ≤10
控制换热设备的污垢热阻和腐蚀
速率
1、控制补充水浊度；
2、配置多介质过滤器；
3、定期清洗系统。
浓缩倍数(倍) 5.0-15.0
1、浓缩倍数低：频繁排污，浪费
循环水和药剂；
2、浓缩倍数高：含盐量高、腐蚀
性强。
1、浓缩倍数低：系统不排
污或少排污；
2、浓缩倍数高：增加系统
排污水量；
钙硬+总碱度（以
CaCO3(mg/L)计）
≤1100
控制碳酸钙垢（成垢阴、阳离子数
量）形成
投加阻垢缓蚀或对系配置
除垢设备
游离氯 0.2-1.0 防止细菌、藻类微生物滋生
投加杀菌剂或对系配置除
垢设备
异养菌总数（个
/ml）
≤1*10⁵
防止细菌滋生，属于黏液型细菌，
黏液影响换热效率
投加杀菌剂或对系配置除
垢设备
3 总结
通过控制和处理循环冷却水水质指标，通过投加阻垢缓蚀或对系配置除垢设备，防止或减少系统结构腐
蚀，从而提高系统运行效率，大大降低电能耗，而本文重点对循环冷却水系统结垢腐蚀控制方法和系统整体运行效果评价方法方面进行讨论、研究。
参考文献：
[1]薛树森，孙继涛等.GB 50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》.
作者简介：
黄宏连，男，大专，1982年4月出生，内蒙古呼和浩特市，研究方向：乳品工艺，工作单位：内蒙古蒙牛乳业股份有限公司。
（上接第 13 页）
5 结语
本章通过对某竞争企业标杆产品进行噪声对比分析，由此可以看出，N3发电机在改进前在发电机转速2000rpm-4000rpm相比标杆产品明显具有典型的电磁噪声，且从其声压级-转速线图中明显可以看出具有周期性尖峰值，这符合了客户反馈的整车工况下的低转速电磁噪声表现。另外通过#1号样机(转子总成加铜环)、#2样机(定子止口加硅胶垫)、#3样机(转子爪极加磁倒角)、#4样机(综合改进)样机分析来看。
根据单独的降噪措施来看，#1号样机(转子总成加铜环)改进效果相对于#2号样机、#3号样机相对明显。但是#4号样机(综合改进)效果更理想。以上描述的4台改进型样机与典型的N3产品发电机相对测试比较来看，其改进结果达到预期目标。
以上所有的测试均在相同环境下测试完成，最大程度降低了因装配、环境、设备等造成的测量误差
通过对N3发电机噪声测试，可以归纳出以下几点：
(1)发电机恒负载输出时在2000rpm-4000rpm噪声超标，且表现为明显的电磁噪声。
(2)发电机在空载测试时，根据声压级-转速曲线得出各阶次相对来说比较均匀，没有出现较大的电磁噪声问题。转子不平衡力、转子风叶动力等机械噪声和空气动力性噪声的综合作用成为发电机空载运转时主要的噪声来源。
(3)发电机在恒流输出时，48阶次噪声起到了主导作用，它是整个发电机电磁噪声的主要贡献阶次。
根据以上结论，通过相应的改进措施：转子总成加铜环、定子止口加硅胶垫、转子总成爪极倒角等降噪措施，根据实测结果分析得知，以上降噪措施具有明显的结果。重要的是改进后的发电机能够满足客户的标准需求。
参考文献：
[1]刘乐乐，张翠，解际强.余热发电疏水系统降噪措施[J].水泥,2013, (04):50.
[2]黄惠芬，肖玉萍，胡永红.环保降噪型发电机组的研究[J].移动电源与车辆,2016,(04):41-44.
[3]曲鸿，付英杰，林洋，胡永红，程龙兴，杨琰.某型号发电机组降噪优化措施[J].移动电源与车辆,2016,(03):4-9.
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