CN109599087A - 用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置 - Google Patents

Abstract

一种用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置,其混合式吸隔声材料单元(1)由固定框架(2)固定并嵌入吸隔声装置支撑支架(3)中。混合式吸隔声材料单元(1)由微穿孔板(15‑18)、空间盘绕型声学超材料单元(9)和连接框(10)组成。空间盘绕型声学超材料单元(9)为侧面是正方形的长方体，长方体内部布置有回折形、等宽度的声波波导(14)。声波波导(14)在各水平截面上的形状相同。空气可沿空间盘绕型声学超材料单元(9)中的声波波导(14)传播。连接框(10)将微穿孔板(8)和空间盘绕型声学超材料单元(9)包裹在其通孔内，且微穿孔板(8)与空间盘绕型声学超材料单元(9)的入口面平行并间隔一定水平距离。

Description

用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置

技术领域：

本发明涉及一种用于变压器的混合式吸隔声装置。

背景技术：

我国经济快速发展的同时城市用电需求逐年增加，变电站也越建越多，尤其随着城市化进程的加快，变电站逐渐出现在居民区，变压器运行时产生的噪声已严重影响到周边居民的日常工作和生活，对变压器噪声进行治理已刻不容缓。

变压器噪声主要由两部分组成：一是由于变压器铁芯硅钢片的磁致伸缩效应产生的振动，通过变压器油等传到箱体引发周围空气震动进而产生噪声，即变压器本体噪声，本体噪声频率主要分布在100Hz及其整数倍频处；二是变压器冷却装置产生的宽频带噪声。目前针对于变压器的降噪方法主要有：有源降噪及加装减振降噪结构。有源降噪即主动降噪，如中国专利CN 104916418A《电力变压器有源降噪系统及工作方法》公开的主动降噪装置，通过参考信号传声器采集到初级噪声,经过功率放大转换后将信号送到控制单元中,控制单元完成噪声信号的分析处理、存储以及产生控制信号,控制信号放大后驱动音箱发出次级噪声,实现有源降噪。但此装置设计或连接功放和数据采集卡等外接电路且需要外部电源供电，整个系统的复杂程度大大提高。

空间盘绕型声学超材料单元是具有超长波导并可表现出奇异声学特性的人工复合结构。其在不同频段表现出异于自然界中常见介质的超常物理特性，如负质量密度、负体积模量等。空间盘绕型声学超材料单元因其空间折叠结构，从理论上可获得宽带负折射率，而不是局域共振，因此并不会有局域共振带来的窄带宽限制，在特定频段对弹性波或声波具有带隙阻隔效应，通过合理的参数设计，可以制出适用于不同频段隔声的材料。

如中国专利CN 109148123 A《针对变压器噪声空间分布特性的声学超材料屏障系统》公布的声学超材料屏障系统包括声学超材料屏障和噪声测量分析系统，声学超材料模块嵌入超材料支撑支架内，噪声测量分析系统由传感器支撑支架、声压传感器和声压信号处理模块组成；声压传感器置于传感器支撑支架上，形成阵列，声压信号处理模块与声压传感器连接。噪声测量分析系统测量声学超材料屏障范围内的噪声，根据噪声空间分布特性，选取不同参数的分形结构声学超材料模块进行隔声降噪。但该装置的阵列测量系统过于复杂庞大，实施起来不易，且声波入射到分形结构声学超材料时会发生强反射作用，从而对降噪只具有隔离效果，反射的噪声与变压器声源在反射区域反复叠加，形成更大的噪声干扰。中国专利CN 109117578 A《一种用于变压器降噪的声学超材料屏障设计方法》首先将声学超材料屏障的参数等效为一块单一均匀材料板，然后建立变压器降噪模型，进行多物理场耦合计算，以降噪目标区的平均声压为目标量，反演等效声学超材料屏障的质量密度和弹性模量，最后优化声学超材料单元的参数。该方法涉及到多物理场耦合计算及声源反演计算，声源和目标降噪区一旦变化，要重新进行计算，超材料参数也要改变，比较繁琐，且其对噪声也只有隔离效果。

微穿孔吸声体共振吸声结构其实是在距离刚性背衬一定距离处，装上具有一定穿孔率、孔径、板厚的微穿孔吸声体，也就相当于是一定数量的亥姆霍兹共振器组合而成的一个并联结构。与传统的多孔吸声材料相比，微穿孔板吸声体结构简单、制作材料多样化，并且可在高温髙湿等恶劣环境下使用，是替代多孔吸声材料的新一代最具潜力的吸声结构。通过改变微穿孔板的结构参数，可对不同频段的噪声进行吸声降噪。

微穿孔板和空间盘绕型声学超材料单元的组合结构，可同时具有微穿孔板结构的吸声特性和分形声学超材料结构的隔声特性，对变压器多频噪声的降噪效果更显著。

发明内容：

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，本发明可在开放空间内对变压器的多频噪声进行有效吸收和隔离。

本发明用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置包括a个混合式吸隔声材料单元、固定框架及吸隔声装置支撑支架，其中a为正整数。所述的a个混合式吸隔声材料单元由固定框架固定并嵌入吸隔声装置支撑支架中。

所述的吸隔声装置支撑支架由1个圆柱形不锈钢固定套、1个“八”字形支架、1个长方体底座及4个滑轮组成。其中，4个滑轮分别位于长方体底座底面的四个角，方便设备移动。“八”字形支架固定于长方体底座正面之上，“八”字形支架上端固定有圆柱形不锈钢固定套，圆柱形不锈钢固定套由“八”字形支架上端固定支撑。吸隔声装置支撑支架放置在变压器通风口前方，与变压器通风口平行，两者之间有一定距离。所述的圆柱形不锈钢固定套的下底面开有方形通孔，其下底面面向变压器通风口。

所述的吸隔声装置支撑支架采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作。

所述的固定框架为底面是正方形的长方体结构，并开有n*m＝a个方形通孔，n、m为正整数。方形通孔等距排布，形成阵列。所述的固定框架的底面正方形的边长与圆柱形不锈钢固定套底面所开的方形通孔的边长相等。所述的固定框架的高度与圆柱形不锈钢固定套的高度相等。所述的固定框架采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作。

所述的混合式吸隔声材料单元由1个微穿孔板、1个空间盘绕型声学超材料单元和1个连接框组成。所述的微穿孔板为长方体结构，侧面为正方形。所述的空间盘绕型声学超材料单元为长方体结构，面向和背离变压器的两个侧面是正方形，正方形的边长与微穿孔板侧面正方形的边长相等。空间盘绕型声学超材料单元内部布置有回折形、等宽度的声波波导，声波波导通过长方体底板固定。声波波导在水平截面上的形状为回折形，且在各水平截面上的形状相同。空气可沿空间盘绕型声学超材料单元中的声波波导传播。声波进入空间盘绕型声学超材料单元声波波导中的位置为声波入口，声波离开空间盘绕型声学超材料单元声波波导中的位置为声波出口，每个空间盘绕型声学超材料单元声波波导具有一个声波入口和声波出口，且声波入口与声波出口分别位于长方体面向和背离变压器的两个侧面。空间盘绕型声学超材料单元的声波入口面和出口面平行于固定框架的底面，空间盘绕型声学超材料单元的声波出口面朝向变压器通风口侧。所述的连接框为下底面是正方形的长方体结构，下底面开有1个方形通孔，方形通孔的边长与空间盘绕型声学超材料单元的侧面正方形的边长，以及微穿孔板的边长相等。所述的连接框将微穿孔板和空间盘绕型声学超材料单元包裹在其通孔内，且微穿孔板与空间盘绕型声学超材料单元的入口面平行并间隔一定水平距离。微穿孔板、空间盘绕型声学超材料单元与连接框围成空腔，微穿孔板和空间盘绕型声学超材料单元之间的水平距离为空腔深度。

所述的固定框架将a个不同的混合式吸隔声材料单元固定在其方形通孔内，其中每个混合式吸隔声材料单元中的微穿孔板的孔径、空腔深度和空间盘绕型声学超材料单元声波波导的宽度和长度不同。因此对不同频段的声波有调制作用。

所述的混合式吸隔声材料单元采用环氧树脂材料制成。

所述用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置置于变压器通风口外侧，所述的固定框架的底面面积与变压器通风口对应面的面积之差越大，则混合式吸隔声装置与室外变压器的水平距离可越远。在同一位置，固定框架的底面面积越大，隔声量越高，但由于空间的限制以及考虑整套装置的造价，应根据实际情况选择合适的水平距离，从而确定材料的具体尺寸。所述用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置的隔声频段与微穿孔板的孔径、空腔深度和空间盘绕型声学超材料单元声波波导的宽度和长度密切相关，应根据所需的隔声频率来选择微穿孔板的孔径、空腔深度和空间盘绕型声学超材料单元声波波导的宽度和长度，并将不同的混合式吸隔声材料单元组合。

本发明工作过程为：不同孔径的微穿孔板吸具有不同频段的吸收峰，通过仿真实验图1可知，孔径越大，对低频噪声的吸收效果更好；随着孔径的减小，吸声带宽可大大增加，且对高频噪声的吸收效果更好。因此，根据测量的所降噪声在空间的频率分布，分析出所在区域的主要频谱，布置不同孔径大小的微穿孔板对噪声进行吸收。空间盘绕型声学超材料单元由于声波波导长度的增加，而在低频段具有较高隔声量。当声波传输至用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置时，由于不同混合式吸隔声材料单元对不同频率段的声波吸收或反射作用，可以对不同位置的多频段噪声进行吸声和隔声，如此，可提高整体对变压器噪声降噪的效果。

本发明用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置可置于变压器通风口外侧，由于混合式吸隔声材料单元同时具有微穿孔板的吸声特性和空间盘绕型声学超材料单元的吸隔声特性，且不同的混合式吸隔声材料单元所降噪声频段不同，能够有效地在传播路径上吸收和阻隔变压器噪声，降低环境噪声污染。本发明用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，相比于传统的声屏障，具有在更宽的频段、更有针对性的对变压器噪声进行降噪、可自由组合、结构简单及制造成本低等优点。

附图说明：

图1本发明微穿孔板不同孔径的吸收系数仿真图；

图2本发明用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置立体图；

图3本发明吸隔声装置支撑支架的立体图；

图4本发明固定框架的立体图；

图5本发明混合式吸隔声材料单元及其组成结构的示意图；

图6本发明4种孔径的微穿孔板正视图；

图中：1混合式吸隔声材料单元，2固定框架，3吸隔声装置支撑支架，4圆柱形不锈钢固定套，5“八”形支架，6长方体底座，7滑轮，8微穿孔板，9空间盘绕型声学超材料单元，10连接框，11长方体底板，12声波入口，13声波出口，14声波波导，15孔径为0.1mm的微穿孔板，16孔径为0.2mm的微穿孔板，17孔径为0.3mm的微穿孔板，18孔径为0.4mm的微穿孔板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

如图2所示，本发明用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置包括16个混合式吸隔声材料单元1、1个固定框架2及1个吸隔声装置支撑支架3。所述的16个混合式吸隔声材料单元1由固定框架2固定，并嵌入吸隔声装置支撑支架3中。

如图3所示，本发明实施例的吸隔声装置支撑支架3由1个圆柱形不锈钢固定套4、1个“八”字形支架5、1个长方体底座6及4个滑轮7组成，其中，4个滑轮分别位于长方体底座底面的四个角，方便设备移动。“八”字形支架固定于长方体底座上，“八”字形支架的上端固定有圆柱形不锈钢固定套。吸隔声装置支撑支架放置在变压器通风口前方，圆柱形不锈钢固定套的正面与变压器通风口平行，两者之间距离50cm。所述的圆柱形不锈钢固定套4的直径为2m，高为7cm，在其底面中心开有边长为1.25m的方形通孔。所述的“八”形支架5将圆柱形不锈钢固定套4固定在2m的高度，长方体底座6的尺寸为2.5m*0.3m*0.05m,4个滑轮7安装在长方形底座6的底面上。

所述的吸隔声装置支撑支架3采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作。

如图4所示，本发明实施例的固定框架2为长方体结构，底面是1.25m*1.25m的正方形，高度为7cm。其底面向变压器通风口，并开有4*4＝16个边长为30.5cm的正方形通孔。正方形通孔等距排布，形成阵列，每个正方形通孔的距离为5mm。

所述的固定框架2采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作。

如图5所示，本发明实施例的混合式吸隔声材料单元1由1个微穿孔板8、1个空间盘绕型声学超材料单元9和1个连接框10组成。所述连接框10为长方体结构，正方形的下底面是30.5cm*30.5cm，下底面面向变压器，且中间开有1个30cm*30cm的正方形通孔。连接框10的高度为7cm。微穿孔板8面向变压器的正方形侧面为微穿孔板8的左侧面，微穿孔板8背离变压器的正方形侧面为微穿孔板8的右侧面。所述的连接框10将微穿孔板8和空间盘绕型声学超材料单元9包裹在其通孔内，微穿孔板8的左侧面与连接框10的下底面重合，空间盘绕型声学超材料单元9的声波出口面与连接框10的上底面重合，微穿孔板8的右侧面与空间盘绕型声学超材料单元9的入口面平行，并间隔一定水平距离。微穿孔板8的右侧面、空间盘绕型声学超材料单元9的声波入口面与连接框10的四个侧面围成空腔，空腔深度为1.95cm。微穿孔板8的正方形侧面为30cm*30cm的正方形，厚度为0.5mm。空间盘绕型声学超材料单元9为长方体结构，侧面是30cm*30cm的正方形，厚度为5cm。长方体的空间盘绕型声学超材料单元9内部布置有回折形的声波波导14，声波波导14宽度为3mm，其水平截面的形状为回折形，且在各水平截面的形状相同。声波波导14通过厚度为5mm长方体底板11固定，长方体底板11位于空间盘绕型声学超材料单元9的底部。空气可沿空间盘绕型声学超材料单元9中的声波波导14传播。声波进入空间盘绕型声学超材料单元9声波波导14中的位置为声波入口12，声波离开空间盘绕型声学超材料单元9声波波导14中的位置为声波出口13，每个空间盘绕型声学超材料单元9声波波导14具有一个声波入口12和声波出口13。空间盘绕型声学超材料单元9的声波入口面和出口面平行于固定框架2的底面，空间盘绕型声学超材料单元9的声波出口面朝向变压器通风口侧。

如图6所示，本发明4种孔径的微穿孔板的板厚和板面积大小相同，分别为孔径为0.1mm的微穿孔板15，孔径为0.2mm的微穿孔板16，孔径为0.3mm的微穿孔板17，孔径为0.4mm的微穿孔板18。在固定框架2左上部分4个混合式吸隔声材料单元1是由孔径为0.1mm的微穿孔板15、空间盘绕型声学超材料单元9和1个连接框10组成，右上部分4个混合式吸隔声材料单元1是由孔径为0.2mm的微穿孔板16、空间盘绕型声学超材料单元9和1个连接框10组成，左下部分4个混合式吸隔声材料单元1是由孔径为0.3mm的微穿孔板17、空间盘绕型声学超材料单元9和1个连接框10组成，右下部分4个混合式吸隔声材料单元1是由孔径为0.4mm的微穿孔板18、空间盘绕型声学超材料单元9和1个连接框10组成。对不同频段的声波有调制作用。固定框架2将4组16个不同的混合式吸隔声材料单元1固定在其方形通孔内。

所述的混合式吸隔声材料单元1采用环氧树脂材料制成。

本发明的工作原理和工作过程为：不同孔径的微穿孔板吸具有不同频段的吸收峰，空间盘绕型声学超材料单元由于声波波导长度的增加，而在低频段具有较高隔声量。声波传输至用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置时，由于不同混合式吸隔声材料单元对100-1000Hz频率段中不同频率的声波具有吸收或反射作用，可以对不同位置的多频段噪声进行吸声和隔声，如此，可提高整体对变压器噪声降噪的效果。

本发明用于变压器多频段降噪，由于本发明使用混合式吸隔声材料单元同时具有微穿孔板的吸声特性和空间盘绕型声学超材料单元的吸隔声特性，且不同的混合式吸隔声材料单元所降噪声频段不同，能够有效地在传播路径上吸收和阻隔变压器噪声，降低环境噪声污染，具有在更宽的频段、更有针对性的对变压器噪声进行降噪、可自由组合、结构简单及制造成本低等优点。

Claims (4)

1.一种用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，其特征在于：所述的混合式吸隔声装置包括混合式吸隔声材料单元(1)、固定框架(2)及吸隔声装置支撑支架(3)；所述的混合式吸隔声材料单元(1)由固定框架(2)固定并嵌入吸隔声装置支撑支架(3)中；所述的混合式吸隔声材料单元(1)由不同孔径的微穿孔板(8)、空间盘绕型声学超材料单元(9)和连接框(10)组成；所述的连接框(10)将微穿孔板(8)和空间盘绕型声学超材料单元(9)包裹在其通孔内，且微穿孔板(8)与空间盘绕型声学超材料单元(9)的入口面平行并间隔一定水平距离；所述的吸隔声装置支撑支架(3)放置在变压器通风口前方，与变压器通风口平行，两者之间有一定距离。

2.根据权利要求1所述的用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，其特征在于：所述的吸隔声装置支撑支架(3)由1个圆柱形不锈钢固定套(4)、1个“八”形支架(5)、1个长方体底座(6)及4个滑轮(7)组成；所述的圆柱形不锈钢固定套(4)的底面开有方形通孔，其底面面向变压器通风口；所述的“八”形支架(5)固定于长方体底座上，“八”字形支架的上端固定有圆柱形不锈钢固定套(4)；所述的吸隔声装置支撑支架(3)放置在变压器通风口前方，圆柱形不锈钢固定套的正面与变压器通风口平行，采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作；4个滑轮分别位于长方体底座底面的四个角；所述的圆柱形不锈钢固定套4的底面中心开有方形通孔。

3.根据权利要求1所述的用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，其特征在于：所述的固定框架(2)为底面是正方形的长方体结构，其底面向变压器通风口，并开有n*m＝a个方形通孔，n、m为正整数；方形通孔等距排布，形成阵列；所述的固定框架(2)的底面边长与圆柱形不锈钢固定套(4)底面的方形通孔边长相等；所述的固定框架(2)的高度与圆柱形不锈钢固定套(4)的高相等；所述的固定框架(2)采用表面涂有防腐涂层的不锈钢制作。

4.根据权利要求1所述的用于变压器多频段降噪的混合式吸隔声装置，其特征在于：所述的混合式吸隔声材料单元(1)由1个微穿孔板(8)、1个空间盘绕型声学超材料单元(9)和1个连接框(10)组成；a个混合式吸隔声材料单元(1)固定在固定框架(2)的方形通孔内，a为正整数；所述的微穿孔板(8)为长方体结构，侧面为正方形；所述的空间盘绕型声学超材料单元(9)为长方体结构，面向和背离变压器的两个侧面为正方形，正方形的边长与微穿孔板(8)侧面正方形的边长相等；每个空间盘绕型声学超材料单元(9)的声波波导具有一个声波入口和声波出口，且声波入口与声波出口分别位于长方体面向和背离变压器的两个侧面；空间盘绕型声学超材料单元(9)的声波入口面和出口面平行于固定框架(2)的底面，空间盘绕型声学超材料单元(9)的声波出口面朝向变压器通风口侧；所述的连接框(10)为下底面是正方形的长方体结构，下底面开有1个方形通孔，方形通孔的边长与空间盘绕型声学超材料单元(9)的侧面正方形的边长，以及微穿孔板(8)的边长相等；所述的连接框将微穿孔板和空间盘绕型声学超材料单元包裹在其通孔内，且微穿孔板(8)与空间盘绕型声学超材料单元(9)的入口面平行并间隔一定水平距离；微穿孔板(8)、空间盘绕型声学超材料单元(9)与连接框(10)围成空腔，微穿孔板(8)和空间盘绕型声学超材料单元(9)之间的水平距离为空腔深度。