船用汽轮发电机组齿轮传动的降噪

　　噪声已成为影响人们生活和健康的一个不可忽视的问题。国际听力保护标准规定在连续工作8h时,环境噪声不得超过90dB。工作时间减半,环境噪声可增加5dB,但最高值不得超过115dB。随着科技的发展,对噪声的要求也越来越严,90dB的规定也降低到85dB,甚至更低。

　　考虑到船上的空间有限,船用汽轮发电机组应尽量小型化,采用高转速是小型化的有效手段。很高的转速必须采用减速齿轮箱减速至发电机的额定转速1500r/min或3000r/min,于是涉及到高转速大速比的减速器的使用。船用汽轮发电机组由汽轮机、减速器和发电机3大部件组成。机组运行时3大部件都会产生噪声。图1所示为某型汽轮发电机组的噪声与功率的关系。从图中看出汽轮发电机组的最大的噪声源主要是来自于减速齿轮箱所产生的噪声。因此解决减速齿轮箱的噪声问题可以有效地减小汽轮发电机组的噪声。

　　1　齿轮传动噪声产生的机理

　　一对齿轮在啮合过程中,由于齿轮的几何参数、制造误差和装配误差等因素,会引起周期性的分离、啮合,产生齿与齿之间的撞击,导致传动齿上的动负荷,从而产生噪声。

　　齿轮的误差是产生噪声的关键。其特点是其误差的周期性,因加工误差与齿轮转角构成函数关系,例如由几何偏心与运动偏心所形成的误差是以齿轮一转为周期的称为长周期误差。而机床传动链引起的高频误差滚刀的加工误差和安装误差是在齿轮一转内重复出现,即为短周期误差,又称高频误差。图2(a)所示为齿轮只有长周期误差的误差曲线,运动呈现出不均匀性。图2(b)所示为齿轮只有短周期误差的误差曲线。其在一转内多次重复出现高频误差而引起瞬间传动比的变化,使转动不平稳,在高速情况下,将产生冲击、振动、噪声等。图2(c)所示为齿轮实际的误差曲线,他是一条复杂的周期函数曲线,不但包含有长周期误差,也包含有短周期误差。因此齿轮在运行过程中出现高频激振和低频共振,致使噪声产生。此时如果轴或机座的自然频率和齿轮啮合激振频率接近,则会引起整个装置的共振,使得噪声扩大,加剧噪声的传播。

　　由齿轮传动噪声产生的原理可知,若要降低齿轮传动的噪声,应减小齿轮误差、增加齿轮运行的平稳性。本文通过02号机组减速齿轮降噪的实例来探讨船用汽轮发电机组齿轮传动的降噪问题。02号机组是从01号机组改进而来的。02号机组(6522r/min)的齿轮传动输入转速略高于01号机组(6466r/min),且功率比01号机组高出30%。01号机组的噪声达到98dB。02号机组经过降噪改进设计后,噪声仅为87dB,降噪效果明显。

图2　齿轮误差曲线