CN105782316A - 用于室内变压器双层隔振台的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种用于室内变压器双层隔振台的设计方法，根据变压器自身结构及振动特性，将双层隔振系统简化成双自由度的平面模型，并依据此理想理论模型推导出隔振效率表达式。根据被隔振物体与中间质量块的质量比、上下层弹簧阻尼装置的刚度比和阻尼系数等参数对隔振效率影响的规律，对不同型号的变压器的双层隔振装置的选择给与一定指导，并对隔振效果做出预测，从而显著提高隔振效果。

Description

用于室内变压器双层隔振台的设计方法

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，特别是一种针对室内变压器双层隔振台的设计方法。

背景技术

现有双层隔振台包括支座板，支座板的底端设置有限位装置和上层弹簧隔振器，上层弹簧隔振器的低端设置有中间质量块体系，中间质量块体系的边侧设置有下层弹簧隔振器，限位装置设置有四个，且均匀对称分布在支座板的底端，下层弹簧隔振器设置有十二个，且均匀对称分布在中间质量块体系的边侧。，调节中间质量块的质量，满足不同重量的机械设备、不同质量比的设计需求；本发明采用双层隔振系统来控制高频结构噪声的传播，这种隔振系统比起简单的隔振系统来，在高频范围内的隔振效率更高，经过双层隔振系统后，变压器高频噪声被高效主动隔离，防止其通过结构物传递至人们的生活环境之中。

随着国家城市化进程的推进，其中与办公、生活密切相关的低压配变电设施越来越多地进入城市中心区、居民小区等负荷中心。同时，随着生活水平的不断提升，人们环保意识越来越强，越来越关注环境品质与生活品质。因此由配变电设施带来的噪声污染问题得引起了社会越来越多的关注。

与居民区邻近的配电房内所用变压器大多为干式变压器，其噪声最主要是由铁心磁致伸缩引起的。基于我国电源基频(50Hz)和实地测试，铁心的磁滞伸缩会以100Hz为基频做振动，并且干式变压器主要是以100Hz及其倍频向外传递振动。

在目前的配电房的噪声治理措施中，常见的有加装隔音箱、在墙壁安装吸声板和隔音板和在变压器安装隔振装置等方法。其中，前两者可以降低空气噪声的传播，但是无法阻止结构噪声的传播；而后者则能有效抑制结构噪音使之不向外传播。由于变压器向外传播的振动频率主要为100Hz及其倍频，属于高频振动。在安装的隔振装置中，最为常见的是仅为一层弹簧阻尼装置的单层隔振系统，在实际使用，对此类振动的隔离效果不甚理想。相比单层隔振，双层隔振系统对高频结构噪声的有着更为显著的抑制效果。因此，为最大限度的降低配变电设施对周边环境的影响，有必要针对变压器的振动特性，基于双层隔振系统提出一种具有指导性的、方便实际工程应用的设计方法。

发明内容

本发明的目的就是提供一种用于室内变压器双层隔振台的设计方法，它可以针对不同的变压器，预先设计好双层隔振台，显著提高隔振效果。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，所述双层隔振台包括有支座板，支座板的底端设置有限位装置和上层弹簧阻尼装置，上层弹簧阻尼装置的低端设置有中间质量块，中间质量块的边侧设置有下层弹簧阻尼装置，其特征在于，所述设计方法的具体步骤如下：

1)获取室内变压器的质量；

2)根据室内变压器底座的安装尺寸以及安装空间的高度，获取中间质量块的尺寸范围，进面确定中间质量块的质量大小，确定中间质量块与室内变压器的质量比；

3)依据室内变压器和中间质量块的质量，选取上层和下层弹簧阻尼装置，确定刚度比及弹簧阻尼装置的阻尼比；对于室内变压器，通过N个弹簧支撑点来支撑，每个上层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器质量的1/N，而下层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器和中间质量块总质量的1/N；

4)根据步骤1)到步骤3)所得到的中间质量块和室内变压器的质量及质量比、上层和下层弹簧阻尼装置的刚度及刚度比、上层和下层弹簧阻尼装置的阻尼比，代入双层隔振系统的隔振效率表达式，对隔振效果与预设阀值进行比较；若不满足，则调整中间质量块的质量、更换上层和下层弹簧阻尼装置；若满足，则装配该双层隔振台，将室内变压器安装在双层隔振台上。

进一步，步骤4)中所述双层隔振系统的隔振效率表达式为：

$H_T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{F}{F_T}=\left|\frac{(\mathrm{\μ}\mathrm{\β}-4{\mathrm{\ξ}}_1{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}}{\mathrm{\λ}}^2)+i\mathrm{\λ}(2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ}\mathrm{\β}+2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}})}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\λ}}}\right|;$

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\λ}}=[{\mathrm{\λ}}^4-{\mathrm{\λ}}^2(\mathrm{\μ\β}+4{\mathrm{\ξ}}_1{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}}+\mathrm{\μ}+1)+\mathrm{\μ\β}]-i[{\mathrm{\λ}}^3(2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}}+2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ}+2{\mathrm{\ξ}}_1)-\mathrm{\λ}(2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ\β}+2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}})];$

作用在被隔振物体上的激振力F模拟变压器内铁芯磁致伸缩产生的竖向振动，被隔振物体与中间质量块质量分别为m₁和m₂，上下层的弹簧阻尼装置的刚度和阻尼比分别为k₁、ζ₁、k₂、ζ₂，经过双层隔振装置作用后传到基础上的力为F_T；质量比μ＝m₁/m₂，刚度比β＝k₂/k₁，频率比ω为室内变压器的振动频率。

进一步，所述双层隔振台各组件对称均匀布置，其中心位于室内变压器中心处，上层和下层弹簧阻尼装置均匀受力。

进一步，步骤4)中将室内变压器安装在双层隔振台后，通过调整中间质量块的质量，调整隔振效果。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明根据变压器自身结构及振动特性，将双层隔振系统简化成双自由度的平面模型，并依据此理想理论模型推导出隔振效率表达式。根据被隔振物体与中间质量块的质量比、上下层弹簧阻尼装置的刚度比和阻尼系数等参数对隔振效率影响的规律，对不同型号的变压器的双层隔振装置的选择给与一定指导，并对隔振效果做出预测，从而显著提高隔振效果。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为简化后的双层隔振模型图；

图2为隔振效果-频率变化示意图；

图3为折减系数-频率变化曲线图；

图4为双层隔振台的结构示意图；

图5为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种用于室内变压器双层隔振台的设计方法，所述双层隔振台包括有支座板，支座板的底端设置有限位装置和上层弹簧阻尼装置，上层弹簧阻尼装置的低端设置有中间质量块，中间质量块的边侧设置有下层弹簧阻尼装置，所述设计方法的具体步骤如下：

1)获取室内变压器的质量；

2)根据室内变压器底座的安装尺寸以及安装空间的高度，获取中间质量块的尺寸范围，进面确定中间质量块的质量大小，确定中间质量块与室内变压器的质量比；

3)依据室内变压器和中间质量块的质量，选取上层和下层弹簧阻尼装置，确定刚度比及弹簧阻尼装置的阻尼比；对于室内变压器，通过N个弹簧支撑点来支撑，每个上层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器质量的1/N，而下层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器和中间质量块总质量的1/N；

4)根据步骤1)到步骤3)所得到的中间质量块和室内变压器的质量及质量比、上层和下层弹簧阻尼装置的刚度及刚度比、上层和下层弹簧阻尼装置的阻尼比，代入双层隔振系统的隔振效率表达式，对隔振效果与预设阀值进行比较；若不满足，则调整中间质量块的质量、更换上层和下层弹簧阻尼装置；若满足，则装配该双层隔振台，将室内变压器安装在双层隔振台上。

步骤4)中所述双层隔振系统的隔振效率表达式为：

$H_T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{F}{F_T}=\left|\frac{(\mathrm{\μ}\mathrm{\β}-4{\mathrm{\ξ}}_1{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}}{\mathrm{\λ}}^2)+i\mathrm{\λ}(2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ}\mathrm{\β}+2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}})}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\λ}}}\right|;$

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\λ}}=[{\mathrm{\λ}}^4-{\mathrm{\λ}}^2(\mathrm{\μ\β}+4{\mathrm{\ξ}}_1{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}}+\mathrm{\μ}+1)+\mathrm{\μ\β}]-i[{\mathrm{\λ}}^3(2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}}+2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ}+2{\mathrm{\ξ}}_1)-\mathrm{\λ}(2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ\β}+2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ\β}})];$

作用在被隔振物体上的激振力F模拟变压器内铁芯磁致伸缩产生的竖向振动，被隔振物体与中间质量块质量分别为m₁和m₂，上下层的弹簧阻尼装置的刚度和阻尼比分别为k₁、ζ₁、k₂、ζ₂，经过双层隔振装置作用后传到基础上的力为F_T；质量比μ＝m₁/m₂，刚度比β＝k₂/k₁，频率比ω为室内变压器的振动频率，取值为100Hz、200Hz、300Hz、400Hz和500Hz等。

所述双层隔振台各组件对称均匀布置，其中心位于室内变压器中心处，上层和下层弹簧阻尼装置均匀受力。

步骤4)中将室内变压器安装在双层隔振台后，通过调整中间质量块的质量，调整隔振效果。

结合双层隔振系统的特性及质量比、刚度比和阻尼比，对隔振效率的影响规律，对上述步骤进行以下说明：

(1)中间质量块的质量应尽可能取较大值，以提高中间质量块与变压器的质量的比值；

(2)选取的弹簧阻尼装置的额定荷载应尽量接近且略大于所承受质量，以使其达到最佳的使用状态。选取的弹簧阻尼装置的刚度，在保证稳定性的前提下应尽可能取较小值，以获取更好的隔振效果；

(3)应选取阻尼比较小的弹簧阻尼装置，以获取更好的隔振效果，但是过小的阻尼比会使装置在受到偶然作用力或接近共振频率的作用力时出现较大的振动。所以建议选择具有一定阻尼比但阻尼比较小的阻尼弹簧隔振装置，其常见的阻尼比为0.02～0.07；

(4)基于变压器本身的结构特点，双层隔振装置各组件应对称均匀布置，使其中心于变压器中心处于同一铅垂线上，各弹簧阻尼装置均匀受力；

(5)双层隔振装置整体高度不宜过高，以降低变压器中心，提高稳定性。对于干式变压器，双层隔振装置整体高度不宜超过30cm。

附图2表示刚度比β取0.5～2、阻尼比ζ取0时，质量比分别为1和50时的理论参考隔振效果。为方便应用，在此条件下，当其他值时的隔振效率可由下式近似得到：

H_T0(λ)＝H_T01-8.765ln(μ)(μ＞1)

式中，H_T01(λ)为相同条件下μ＝1时的隔振效果；

附图3,表示在不同阻尼比ζ条件下，不同频率比对应的隔振效果折减系数，隔振效果：

H_T(λ)＝Z(λ,ζ)·H_T0(λ)

式中，H_T0(λ)表示当ζ＝0时的隔振效果。

利用本发明中，对某型号变压器进行双层隔振设计。变压器质量m₁＝2040kg。中间质量块设计为钢架结构，中间预留空间以方便后期配重，未壮配重时其质量m₂＝200kg。上、下层弹簧阻尼装置可选择为6个荷载范围在300kg～400kg的某两种型号的隔振器，其刚度分别为k₁＝130N/mm、k₂＝160N/mm；或者4个荷载范围在500kg～600kg的某两种型号的隔振器，其刚度分别为k₁＝165N/mm、k₂＝240N/mm。且依据产品说明，隔振器阻尼比ζ≈0.065。

选择6个隔振器方案时，μ＝10.2，β＝1.23。以100Hz为例，此时λ＝32.3，查附图2对应H_T01＝115dB，于是H_T0＝94.6dB，取ζ＝0.065，则查附图3可得Z≈80％，故H_T＝75.68dB。同理，选择4个隔振器方案时μ＝10.2，β＝1.45，λ＝34.9，对100Hz隔振效果H_T＝79.71dB。所以，推荐选择4隔振器方案，以6隔振器方案作为备选。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种用于室内变压器双层隔振台的设计方法，所述双层隔振台包括有支座板，支座板的底端设置有限位装置和上层弹簧阻尼装置，上层弹簧阻尼装置的低端设置有中间质量块，中间质量块的边侧设置有下层弹簧阻尼装置，其特征在于，所述设计方法的具体步骤如下：

1)获取室内变压器的质量；

2)根据室内变压器底座的安装尺寸以及安装空间的高度，获取中间质量块的尺寸范围，进面确定中间质量块的质量大小，确定中间质量块与室内变压器的质量比；

3)依据室内变压器和中间质量块的质量，选取上层和下层弹簧阻尼装置，确定刚度比及弹簧阻尼装置的阻尼比；对于室内变压器，通过N个弹簧支撑点来支撑，每个上层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器质量的1/N，而下层弹簧支撑点所承受的质量为室内变压器和中间质量块总质量的1/N；

4)根据步骤1)到步骤3)所得到的中间质量块和室内变压器的质量及质量比、上层和下层弹簧阻尼装置的刚度及刚度比、上层和下层弹簧阻尼装置的阻尼比，代入双层隔振系统的隔振效率表达式，对隔振效果与预设阀值进行比较；若不满足，则调整中间质量块的质量、更换上层和下层弹簧阻尼装置；若满足，则装配该双层隔振台，将室内变压器安装在双层隔振台上。

2.如权利要求1所述的用于室内变压器双层隔振台的设计方法，其特征在于，

步骤4)中所述双层隔振系统的隔振效率表达式为：

$H_T\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{F}{F_T}=\left|\frac{(\mathrm{\μ}\mathrm{\β}-4{\mathrm{\ξ}}_1{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}}{\mathrm{\λ}}^2)+i\mathrm{\λ}(2{\mathrm{\ξ}}_1\mathrm{\μ}\mathrm{\β}+2{\mathrm{\ξ}}_2\sqrt{\mathrm{\μ}\mathrm{\β}})}{{\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{\λ}}}\right|;$

作用在被隔振物体上的激振力F模拟变压器内铁芯磁致伸缩产生的竖向振动，被隔振物体与中间质量块质量分别为m₁和m₂，上下层的弹簧阻尼装置的刚度和阻尼比分别为k₁、ζ₁、k₂、ζ₂，经过双层隔振装置作用后传到基础上的力为F_T；质量比μ＝m₁/m₂，刚度比β＝k₂/k₁，频率比ω为室内变压器的振动频率。

3.如权利要求1所述的用于室内变压器双层隔振台的设计方法，其特征在于，所述双层隔振台各组件对称均匀布置，其中心位于室内变压器中心处，上层和下层弹簧阻尼装置均匀受力。

4.如权利要求1所述的用于室内变压器双层隔振台的设计方法，其特征在于，步骤4)中将室内变压器安装在双层隔振台后，通过调整中间质量块的质量，调整隔振效果。