CN105637602A - 用于空心电抗器的一体式声音屏障 - Google Patents

Abstract

一种空心电力电抗器（10），其具有噪声降低声音屏障（40）。在一个实施例中，声音屏障包括被配置为围绕最外侧电抗器层（12’）放置的多个吸声板（42p），从而使得当电抗器线圈层载流时，所述板减少声能的辐射。一个或多个柔性构件（48）沿每个吸声板的第一侧附接，以便与最外侧电抗器层接触。声障材料（44）沿每个板的第二侧放置。当柔性构件附接到板，并且板围绕电抗器的最外侧第一层安装时，柔性构件靠着最外侧第一层放置，并且柔性构件在板的第一侧和电抗器的最外侧第一层之间提供间隙。

Description

用于空心电抗器的一体式声音屏障

本申请要求美国临时专利申请No.61/825,778的2013年5月21日的提交日的权益。

技术领域

本发明涉及用于公共设施和电力应用的那类干式空心电抗器，更具体地，涉及降低由电抗器内的绕组层和其他部件产生的声音的电抗器设计。

背景技术

空心电抗器是在高压电力传输、分配和工业应用中使用的感应装置。配置和设计包括具有许多应用的装置，包括过滤谐波，补偿引入电容性无功功率的分流装置，以及限制短路电流的装置。通常位于室外环境中的空心电抗器由一系列同心放置的间隔开的绕组层形成，绕组层也被称作包封，各自具有圆筒形配置。这些设计容许通过空气对流气流在间隔开的绕组层之间的移动在一定程度上冷却绕组层。绕组层位于上载流构件和下载流构件（有时被称作辐式单元）之间。辐式单元包括沿一平面且远离星形配置的中心位置呈辐射状的一系列臂。

除其他功能之外，辐式单元可用作用于连接电力线以及用于连接处于电并联配置中的绕组层的线路端子。电抗器通常被安装成使得辐式单元相对于下面的水平地平面具有水平定向，从而使得圆筒形配置的主要轴线从地平面竖直向上延伸。对于单个电抗器，或对于两个或多个电抗器的堆叠配置中的最下面的电抗器，绕组层通过下辐式单元和从下辐式单元延伸到地面的一系列绝缘体和结构性脚架构件被支撑在地面上方。

从空心电抗器发出的声音可严重干扰周围生活的人群。过去，利用完全包围一个或多个电抗器的声音屏障（通常采用自撑式玻璃纤维封闭件的形式）来降低这些声音大小。为了有效地降低声音，这些屏障必须显著大于电抗器并采用吸声材料，例如隔声泡沫。因此，屏障的成本可能会超过其包围的电抗器的成本。

附图说明

在下面的描述中参照附图来解释本发明，附图示出：

图1A是根据本发明实施例的干式空心电抗器的局部切除立体图，示出了围绕轴线放置的一系列绕组层；

图1B是沿通过竖直中心轴线的平面截取的空心电抗器的局部剖视图；

图2A是空心电抗器的立体图，图示了一体式声音屏障组件的特征；以及

图2B是所示空心电抗器的局部平面图，进一步图示了声音屏障组件中的模块化的板和其他部件。

具体实施方式

图1A是根据本发明的一系列实施例的干式空心电抗器10的部分切除立体图。电抗器被示出处于常见定向，位于水平地平面G上方，并且中心轴线A在地平面上方竖直地延伸。如在此使用的，术语“径向”指的是从轴线A向外或朝向轴线A延伸的方向。“径向向外”指的是远离轴线的方向，“径向向内”指的是朝向轴线的方向。所涉及的“径向内表面”指的是面向轴线A的表面，所涉及的“径向外表面”指的是背离轴线A的表面。

电抗器10包括一系列圆筒形的间隔开的绕组层12，绕组层围绕中心轴线同心的放置。该局部图图示了最外层12a、中间层12b和最内层12c，但是应该理解，中间层12b代表多个这种中间层，并且电抗器包括任意数量的绕组层12。每个这种绕组层12，在此也被称作有源包封，包括形成为例如在树脂复合结构中的电抗线圈，以提供与传输或传送电能相关的电气功能。绕组层12通常具有约0.5cm至5cm量级的厚度范围，这是相对于轴线沿径向方向测量的。

电抗器10包括从最内侧绕组层12c朝向轴线A径向向内地延伸的中空电抗器腔13。腔13和绕组层12位于上辐式单元14和下辐式单元16之间，并且这些层12机械地耦接到辐式单元。辐式单元相对于下面的地平面G水平地定向。

绕组层12各自通过位于每对相邻绕组层之间的一系列间隔器18彼此分开。间隔器18被示出具有示例性的竖直定向，沿平行于中心轴线A的方向延伸。每个系列中的间隔器18围绕每个绕组层沿周向间隔开，以在其间提供空间，从而共同地在相邻的一对层12之间提供绕组层气隙20。

辐式单元14、16各自包括沿一平面远离轴线A延伸的一系列臂24，臂24接触绕组层12。虽然所示的上辐式单元14和下辐式单元16被示出为具有四个这种辐臂24，但辐式单元中臂的数量可在少于四个至多于12个的范围内。除其他功能之外，单元14、16的辐臂用作实现与绕组层12的电力连接和在绕组层12之间形成电力连接（例如，以电并联配置）的线路端子（未示出）。对于单个电抗器10，以及当被布置成堆叠式电抗器配置时对于至少最下面的电抗器10，绕组层12通过下单元16的辐臂24和一系列结构性脚架构件34的组合被支撑在地平面上方。

参照图1B所示的电抗器10的局部剖视图，电抗器10还包括围绕层12同心放置的最外侧圆筒形第一层12’。层12’可以是绕组层12，例如，与间隔开的层12之一功能相同。但是，虽然尺寸、形状与绕组层12类似并且类似地同心放置，但是第一层12’可形成为不具有电抗线圈，例如，形成为所谓的假包封层，其被放置成用以减少从电抗器10传输出的噪声的量。这种假包封层12’可机械地耦接到从层12’径向向内放置的相邻绕组层12（例如，层12a），以有效地形成较大的质量，该质量限制从最外侧有源包封层12传播到电抗器10外的声音的大小。就是说，在所产生的声音的大小与最外侧有源包封绕组层12（例如，绕组层12a）的移动大小成比例的情况下，通过将假包封层12’的质量耦接到层12，减小了最外侧有源包封的径向偏移，由此降低噪声传播水平。

电抗器10包括一体式声音屏障组件40，其同样地呈位于所有层12的径向外侧并靠着最外侧第一层12’放置的圆筒形结构的形式。对于图1B所示的实施例，声音屏障组件40包括三个部件：（i）围绕最外侧第一层12’周向地延伸的吸声层42，（ii）围绕吸声材料层42延伸的声障材料层44，以及（iii）围绕最外侧第一层12’周向地延伸的一系列柔性构件48。柔性构件48位于吸声层42和最外侧第一层12’之间。

在所示实施例中，层42和44及柔性构件48被组装成一个配置，其中，声音屏障组件40的上述部件中的任何部件都不与辐式单元支撑臂中的任何臂直接接触。不直接接触意味着这些层和柔性构件都不与辐式单元物理接触。这种布置限制声学信号传输到声音屏障中。

如图1B所示，声音屏障组件40可延伸到上辐式单元14上方，以吸收、阻挡或反射从层12发射到等于或高于辐式单元14的高度处的声音。此外，常规的盖53可被放置在电抗器10之上，以进一步限制声音辐射的发送。如图1B所示，盖53的内表面可以排有吸收性隔离材料54。为了防止组件40的靠近上辐式单元14的部分之间发生机械耦接，层42和44包括切口（未示出），以保持这些声学部件和辐臂24之间的间隔开关系。

通过将整个组件40形成为一系列模块40m，有助于安装声音降低屏障组件。见图2A和图2B。围绕最外侧第一层12’延伸的吸声层42包括多个吸声板42p，每个吸声板具有第一和第二相反侧：径向内侧46和径向外侧47。板42p的宽度在例如约15cm至45cm之间的范围内，这是沿层42的圆周测量的。当被组装在电抗器10上时，每个板的第一侧46是面向轴线A的径向内表面，而第二侧47是背离轴线A的径向外表面。每个板42p包括吸声材料，诸如弹性板形式的致密矿物棉。多个板42p被配置为沿着并靠着最外侧第一层12’毗邻放置，该第一层可以是假包封层或最外侧有源包封绕组层12。为了便于这种放置，板可具有足够的柔韧性，以遵循位于层12’径向外侧的圆柱形轮廓的曲率半径。

在声障材料层44形成为一系列离散区段44s的情况下，组件40的模块44m各自包括附接到板42p的侧面47上的区段44s，并且可选地，各自包括一对间隔开的柔性构件48。在每个模块40m包括形成在板42p中的一个板的第二侧47上的声障材料区段44s的情况下，当板42p被组装到层42中时，层44同时被设置成包括一系列毗连的区段44s的圆筒形。可以注意到，板42p的周向宽度可约为15-45cm，一对柔性构件48可被固定到板42p的径向内表面，即，面向周向A的侧面46，从而使得所得模块40m包括组件40的一个部段的所有部件，以便在一个步骤中进行安装。在其他实施例中，柔性构件48可被固定到层12’的径向外表面12’o，其中模块40m靠着柔性构件48放置。在其他实施例中，柔性构件48可被包裹就位并靠着外表面12’o，并且具有包括玻璃纤维织物的搭叠的可固化树脂复合材料。利用这些布置中的一个，围绕限定组件40的圆筒形形状的圆周按顺序安装每个模块。首先，可通过先靠着层12’放置模块，并将未固化的树脂涂层应用到接触表面中的一个或者两者，来实现每个模块40m的附接。例如，当模块40m包含一对柔性构件48时，与层12’的表面12’o接触的构件48的表面被涂覆以可固化树脂，并且板内侧46的表面区域在与柔性构件48接触之前也被涂覆以未固化的树脂。

在将每个模块40m放置就位之后，可固化玻璃纤维复合材料的粗纱，即，湿敷层形式的，被用于包裹（或缠绕）模块，产生将整个层40牢固地保持就位的外部圆筒形结构49。在安装每个模块40时，可按顺序将粗纱应用到邻接的板42p。该过程首先将每个模块紧固就位，以放置完整的组件40，然后进行进一步的搭叠，以将结构完全固定就位。图1B所示的此玻璃纤维粗纱49的圆筒形结构49可在固化层12的同一过程中被固化。

层42的吸声材料可以是被生产成片形式的复合材料，以构成每个板42p的主体，从而使得板可被单独地抬升就位，直接或间接地靠着层12’的一个部段。所放置的板可例如被连接成一系列互锁构件。用于此应用的合适的复合材料是由玄武岩或矿渣制成的致密矿物棉。示例性的此类产品是以名称FabRock60和FabRockHT出售的半刚性隔离板，其密度分别为96kg/m³和105kg/m³，由安大略省米尔顿的Roxul股份有限公司制造。在所示实施例中，沿径向方向测量，吸声层42的厚度约为10cm。

许多声障材料适合用于声障层44。这些材料包括美国北卡罗来纳州杨斯维尔（Youngsville）制造的K-FonicGV，以及美国马萨诸塞州霍利斯顿制造的泡沫屏障复合材料，美国印第安纳州Shelbyville制造的刚性充气衬垫，以及许多尿烷产品。

进一步参照图1B，每个柔性构件48是细长、棍状构件，其可形成为树脂复合玻璃纤维结构。柔性构件48各自位于层12’的径向外表面12o和板42p的吸声层42的径向内侧46之间。柔性构件48具有平行于轴线A的示例性定向。这得到了沿径向方向测量的厚度尺寸，这在层12’和吸声层42的径向内表面之间形成一系列间隙50。因此，柔性构件48限定了沿径向方向测量的间隙宽度G。

在间隙50邻接吸声材料层42的情况下，包含示例性的10cm厚吸声层42和间隙50两者的空间限定谐振腔，其吸收预定波长的声音。此外，可通过调节柔性构件48相对于吸声层42的径向内侧46的位置，可调谐层42和间隙50的组合所形成的腔。就是说，柔性构件48可陷入吸声层42中，由此减小尺寸G，并收缩间隙50的体积。这继而减小吸声层42和间隙50的组合所形成的谐振腔的尺寸。例如，对于14.2cm的1/4波长，并且在吸声层42为10cm厚的情况下，间隙G可被调节至4.2cm，以产生与期望的1/4波长匹配的谐振腔。

概括地，提供可调节的调谐腔，其中，每个间隙50的宽度可以是柔性构件48的整个径向厚度，或者当构件48陷入板42p的第一侧46中时可以小于构件48的厚度。因此，可将所得腔尺寸调谐至最佳谐振宽度，诸如，例如，主要声波发射的四分之一波长，以有助于吸收期望波长的声能。例如，腔的厚度可约为0.1cm至1cm。

柔性构件48被设计成减少沿层12’和吸声层42之间的路径传输的振动能量。根据图1B所示的实施例，构件48各自包括一系列狭槽51和圆形开口52。构件中这些开口或间隙的存在限制了穿过这些构件的路径，能量可通过该路径在层12’和层42之间传输。

已经描述了提供多个频率范围内的有效噪声降低的实施例。在相对高的范围内，例如，大于30Hz，合并在板42p中的隔声材料直接吸收声波辐射。在较低的频率范围中，例如，小于8kHz，有源包封层的质量添加和挨着吸收板42p放置谐振腔有效地减小了声波辐射的大小。有利地，将矿物棉用作吸收材料会提供防火性、阻止燃烧和产生烟，即使在直接暴露于火焰时也是这样。矿物棉具有防水特性，使得板42p可用于预期存在水分的环境中。声音屏障组件40容易地适合合并到空心电抗器的现有制造过程中。

包括声音屏障组件40的设计不再需要建立单独的封闭件，例如，独立单元，来达到声学性能的规格。这些设计还消除了对大体积的开放单元式声学隔离件的使用。反而，前述声学屏障组件允许将噪声降低处理集成在电抗器制造过程中。一旦安装了组件40，就可将整个电抗器，包括组件40，放置在烤炉中，以便固化。声音屏障组件40可机械地耦接到有源绕组层12、12’，以增加电抗器的质量，并由此限制层中线圈的移动。组件40还可包括位于组件40的径向外侧的另一屏障（未示出），例如，其呈玻璃纤维板或粗纺玻璃纤维筒的形式，这提供了进一步衰减传输通过层42和44的声波辐射的致密屏障材料。

声音屏障组件40的各个部件提供了对从层12辐射的噪声的更广泛和有效的处理，因为该设计允许在紧靠声源处（即，在电抗器自身内）降低噪声。此外，所述设计适用于改型的应用，在改型的应用中，隔声组件40可被设置为包括多个模块40m的套件。也就是说，组件40构成耐用、预先隔声的电抗器壳，这相对于安装单独的封闭件有利地提供了更加成本有效的噪声降低。

前述实施例阐述了可与空心电抗器的常规制造过程集成在一起的组件40。也可与空心电抗器的制造过程集成在一起的其他实施例可包括围绕层12’延伸的吸收材料和声障材料的额外的层42和44。对于多个层42、44，各个层可被选择用于在预选的声波频率处最佳地降低声音。此外，额外的谐振腔可被合并到组件40中，以进一步降低传播的声音的大小。

虽然本文已经示出和描述了本发明的各种实施例，但显然的是，这类实施例仅是以举例方式提出的。在不脱离本发明的情况下，可进行许多修改、改变和替换。因此，本发明意图仅受所附权利要求的精神和范围限制。

Claims (20)

1.一种干式空心电力电抗器，包括：

上辐式单元和下辐式单元，各自包括从中心轴线径向向外延伸的多个支撑臂；

多个圆筒形层，它们一个围绕另一个地相对于所述中心轴线同心地放置，所述层中的一些是彼此成间隔开关系布置的绕组层，以在所述绕组层中的一些之间提供间隙，从而容许空气沿绕组层并在绕组层之间流动，多个层包括最外侧第一层；

声音屏障，其靠着所述最外侧第一层放置，包括（i）围绕所述最外侧第一层延伸的吸声材料层，（ii）也围绕所述最外侧第一层延伸的声障材料层，以及（iii）多个柔性构件，每个柔性构件位于所述吸声材料和所述最外侧第一层之间。

2.如权利要求1所述的电抗器，其中，吸声材料层和声障材料层以及柔性构件都不直接接触任何辐式单元支撑臂，由此限制声波信号从所述辐式单元传输到所述声音屏障中，并且其中，所述吸声材料呈围绕所述最外侧第一层延伸的多个板的形式，并且所放置的细长构件中的两个或多个包括相对于所述轴线沿径向方向延伸的宽度尺寸，以在所述吸声材料和所述最外侧第一层之间提供分离距离，该分离距离限定了腔。

3.如权利要求2所述的电抗器，其中，所述吸声材料和所述最外侧第一层之间的所述分离距离高达所述细长构件的宽度尺寸。

4.如权利要求1所述的电抗器，进一步包括包裹所述声音屏障的玻璃纤维圆筒形结构，以靠着所述最外侧第一层来固定所述声音屏障。

5.如权利要求4所述的电抗器，其中，玻璃纤维圆筒形结构围绕所述吸声材料层和所述声障材料层两者延伸，以主要通过将所述声音屏障压靠于所述最外侧第一层来将所述声音屏障支撑在地平面上方。

6.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述柔性构件是细长形状的，具有显著大于宽度尺寸的长度尺寸，并且被制作成提供沿所述长度尺寸的受限的传输路径。

7.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述声音屏障在未由任何辐式单元支撑臂支撑的情况下被支撑性地附接到所述电抗器。

8.如权利要求1所述的电抗器，其中，在包裹件位于所述最外侧第一层的径向外侧的情况下，所述声音屏障被支撑性地附接到所述电抗器，所述包裹件围绕所述最外侧第一层周向地延伸，并且将所述声音屏障压靠于所述最外侧第一层，从而使得所述第一层支撑所述声音屏障的重量。

9.如权利要求8所述的电抗器，其中，所述包裹件包括被结合到所述声音屏障的外表面的固化树脂材料。

10.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述最外侧第一层是绕组层。

11.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述最外侧第一层包括假线圈。

12.一种套件形式的噪声降低声音屏障，其用于组装和附接到具有围绕轴线放置的多个圆筒形电抗器线圈层的那类干式空心电力电抗器，所述线圈层位于（i）上和下辐式单元支撑臂以及（ii）可以是电抗器线圈层或假包封层的圆筒形最外侧第一层之间，所述套件包括：

（i）多个吸声板，各自具有相反的第一侧和第二侧，各自被配置为放置在所述最外侧第一层的一部分周围，以共同围绕所述最外侧第一层，从而使得在这样放置的情况下多个板减少所述电抗器线圈层运载电流时的声能辐射；

（ii）一个或多个柔性构件，其沿每个吸声板的所述第一侧附接，以便与所述电抗器的所述最外侧第一层接触；以及

（iii）声障材料层，其沿每个板的所述第二侧放置，

其中，当所述柔性构件附接到板，并且所述板围绕所述电抗器的所述最外侧第一层安装时，所述柔性构件靠着所述最外侧第一层放置，并且所述柔性构件在所述板的第一侧和所述电抗器的所述最外侧第一层之间提供间隙。

13.如权利要求12所述的噪声降低声音屏障，其中，所述间隙提供了沿吸声板的谐振腔，以降低所述电抗器的线圈层之一产生的声音。

14.如权利要求12所述的噪声降低声音屏障，其中，当靠着所述电抗器的所述最外侧第一层安装所述声音屏障时，所述吸声板和柔性构件都不直接接触任何辐式单元支撑臂，由此限制声音信号传输到所述声音屏障中。

15.如权利要求12所述的噪声降低声音屏障，其中，所述板被配置为使得，当所述板围绕所述最外侧第一层放置时，所述板第一侧面向所述电抗器线圈层，并且遵循与围绕所述电抗器的所述最外侧第一层的多个板的组件一致的轮廓。

16.如权利要求12所述的噪声降低声音屏障，其中，当被安装在电抗器上时，进一步包括附接包裹件，其位于所述最外侧第一层的径向外侧，并且围绕所述最外侧第一层周向地延伸，以靠着所述最外侧第一层来固定所述声音屏障。

17.如权利要求16所述的噪声降低声音屏障，其中，当被安装在所述电抗器上时，所述包裹件呈围绕所述吸声材料层和所述声障材料层两者延伸的玻璃纤维圆筒形结构的形式，以主要通过将所述声音屏障压靠于所述最外侧第一层来将所述声音屏障支撑在地平面上方。

18.如权利要求17所述的噪声降低声音屏障，其中，在所述包裹件位于所述最外侧第一层的径向外侧的情况下，所述声音屏障被支撑性地附接到电抗器，所述包裹件围绕所述最外侧第一层周向地延伸，并且将所述声音屏障压靠于所述最外侧第一层，从而使得所述第一层支撑所述声音屏障的重量。

19.如权利要求18所述的噪声降低声音屏障，其中，所述包裹件包括被结合到所述声音屏障的外表面上的固化树脂材料。

20.如权利要求1所述的电抗器，其中，所述声音屏障组件延伸到所述上辐式单元上方，以吸收、阻挡或反射从所述绕组层辐射到等于或高于所述上辐式单元的高度处的声音。