CN109817435B - 用于变压器通风降噪的螺旋腔式隔声窗装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于变压器通风降噪的螺旋腔式隔声窗装置,包括a*b=m个螺旋腔式隔声材料单元(1)及一个隔声装置支撑支架(2),其中a,b,m为正整数,a,b分别为每列和每行的螺旋腔式隔声材料单元(1)的个数。m个螺旋腔式隔声材料单元组成a*b的阵列,a、b分别为每列和每行的螺旋腔式隔声材料单元的个数。m个螺旋腔式隔声材料单元(1)嵌入一个隔声装置支撑支架(2)中。所述的螺旋腔式隔声材料单元(1)由弹性穿孔薄膜(6)、螺旋式超材料单元(7)和腔体(8)组成。所述的腔体(8)为只有一个底面的空心圆柱体,水平布置。螺旋式超材料单元(7)置于腔体(8)内。弹性穿孔薄膜(6)覆盖腔体(8)的前端面,即空心圆柱体的开口面。

Description

用于变压器通风降噪的螺旋腔式隔声窗装置
技术领域
本发明涉及一种用于变压器通风降噪的隔声窗装置。
背景技术
随着我国城市化进程的加快,变电站数目越来越多,并逐渐靠近居民区,变电站工作时产生的低频噪声不易衰减、传播距离远,已经严重影响到周围居民的身心健康,因此对其噪声进行控制和治理势在必行。变压器产生的低频噪声主要由变压器本体噪声和冷却装置噪声组成。本体噪声主要是由变压器铁芯硅钢片的磁致伸缩效应所产生,以100Hz及其整数倍频处的低频噪声为主;冷却装置噪声为宽频带噪声,主要由风扇运行产生。
对于窗口的降噪来说,降噪装置需要具备良好的通风性能。目前针对于变压器窗口降噪的方法主要有有源降噪及材料降噪。有源降噪是一种主动降噪方法,主要通过次级声源与噪声源声波干涉相消来降噪。如中国专利CN1088791110A《一种特高压电力变压器有源降噪系统》振动信号采集模块的振动传感器贴在变压器上,采集变压器壳体的振动信号作为参考信号,振动传感器输出的信号经过增益可调的前置放大器输入音频芯片;声压传感器放置在目标降噪区域,声压传感器输出的信号经过增益可调的前置放大器、滤波器输入音频芯片;音频芯片采集噪声信号进行A/D转换后将数据传送给DSP处理器。DSP处理器接收音频芯片的数据,经过自适应滤波算法处理后将数据传给音频芯片,数据经过D/A转换后输入功率放大器, 驱动喇叭产生降噪声音,与变压器噪声相互抵消,实现有源降噪。但其装置体积庞大、价格昂贵且操作方法复杂。
材料降噪即在变压器噪声传播路径中通过放置降噪材料来对变压器噪声进行吸收和隔离。如中国专利CN 1010149123 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由声学超材料屏障和噪声测量分析系统组成。其中声学超材料屏障由超材料支撑支架和分形结构声学超材料模块组成,分形结构声学超材料模块嵌入超材料支撑支架内。噪声测量分析系统包括传感器支撑支架、声压传感器和声压信号处理模块。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。噪声测量分析系统根据测量到的噪声空间分布特性,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,不易实施,且其通风性能较差,不可作为变压器通风口隔声窗使用。
螺旋腔型声学超材料相比于传统局域型声学超材料,具有低耗散、较强的吸声性能和很好的各向同性响应等优点,由于其加入了空间盘绕结构,双负参数的实现主要来源于带折叠效应而不仅是局域共振,因此可以弥补局域共振带来的窄带宽限制。螺旋腔型声学超材料具有宽带非色散的特征,即其等效参数在一个较宽的频率范围内均不发生变化,有效解决了声学超材料器件和基质之间的阻抗失配问题。薄膜型声学超材料轻薄易实现,低频吸声性能良好。当声波垂直射入薄膜表面时,在特定的频率下,薄膜会发生共振,实现对声波的全反射。当改变薄膜的弹性模量时,共振频率会随之而改变,从而实现对低频声波的隔声控制。薄膜型声学超材料打破了质量定律的限制,在亚波长尺度下完成了对低频声波的全反射。
因此薄膜型和螺旋腔型声学超材料的组合,能够提高对变压器低频噪声的降噪效果。合理设置整个隔声材料与整个隔声装置支撑支架面积占比,使其具有良好的通风透气特性。整个隔声装置尺寸还可根据实际变压器通风孔尺寸进行定制,方便实用。
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通风降噪的螺旋腔式隔声窗装置,本发明可安装在变压器通风口处,作为隔声窗使用,对变压器多频噪声进行有效隔离。
本发明用于变压器降噪的螺旋腔式隔声窗装置包括a*b=m个螺旋腔式隔声材料单元及一个隔声装置支撑支架,其中a,b,m为正整数。m个螺旋腔式隔声材料单元组成a*b的阵列, a,b分别为每列和每行的螺旋腔式隔声材料单元的个数。m个螺旋腔式隔声材料单元嵌入一个隔声装置支撑支架中。
所述的螺旋腔式隔声材料单元由弹性穿孔薄膜、螺旋式超材料单元和腔体组成。所述的腔体为只有一个底面的空心圆柱体,水平布置。螺旋式超材料单元置于腔体内,弹性穿孔薄膜覆盖腔体的前端面,即空心圆柱体的开口面。
其中,螺旋式超材料单元由中心圆柱体和螺旋板构成,螺旋板固定在中心圆柱体的外表面。中心圆柱体的直径小于螺旋板直径的1/20,中心圆柱体的高度与螺旋板的高度相等。所述的螺旋板为螺旋形盘绕薄板,螺旋板以螺旋形状盘绕在中心圆柱体的外表面。螺旋板的直径与腔体的内径相等。螺旋板的外边缘粘附在腔体的内壁上,螺旋板的上端面距离腔体的前端面一定距离,下端面距离腔体的后端面,即中心圆柱体的底面一定距离。螺旋板的螺距可根据降噪频率调节。
所述的弹性穿孔薄膜的外径与腔体外径相等。弹性穿孔薄膜为开有多个通孔的圆形薄膜。弹性穿孔薄膜上,以圆形薄膜的中心向外沿圆周层层布置有通孔,通孔等距排布,数量逐层递增。
所述的弹性穿孔薄膜由硅胶制成。所述的螺旋式超材料单元和腔体由环氧树脂制成。
所述的隔声装置支撑支架由m个正方形框架、m个圆环形固定框架、4*m个固定支架板组合而成,m为正整数。任意1个正方形框架、1个圆环形固定框架和4块固定支架板组合成1个小单元,4块固定支架板将一个圆环形固定框架固定在一个正方形框架内。小单元排列成阵列,各相邻小单元的中心距离相等。一个螺旋腔式隔声材料单元1装入一个小单元内,一一对应。隔声装置支撑支架安装在变压器通风口上。所述的圆环形固定框架的外径等于方形通孔边长的一半。固定支架板为正面为长方形的长方形薄板。4个长方体的固定支架板上下底面中点的连线分别与正方形框架的对角线重合。
所述的隔声装置支撑支架采用表面涂有防腐涂层的铝合金制作。
所述的用于变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置安装于室外变压器通风孔上,所述用于变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置的隔声频段与螺旋形超材料的螺距、弹性穿孔薄膜的开孔尺寸等密切相关,应根据所需的隔声频率来选择相关参数,并将不同的螺旋腔式隔声材料单元组合。
本发明工作过程为:不同螺距的螺旋形超材料对不同频段噪声具有隔声效果。随着螺距的逐渐增加,等效声速逐渐增大,高频隔声效果好,反之,螺距越小,低频隔声效果越好。弹性穿孔薄膜轻薄易实现,仿真发现,开孔薄膜孔径为0.1cm时,低频噪声隔声较好。因此,可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,布置不同螺距的螺旋腔式隔声装置对噪声进行吸收。螺旋腔型声学超材料相比于传统局域型声学超材料,由于其加入了空间盘绕结构,双负参数的实现主要来源于带折叠效应而不仅是局域共振,因此可你不弥补局域共振带来的窄带宽限制。开孔薄膜型声学超材料和螺旋腔型声学超材料的组合,能够提高对变压器低频噪声的降噪效果。当声波传输至变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置时,首先经过弹性开孔薄膜材料,然后声波经过螺旋形超材料声波通道,在腔体内共振。由于开孔薄膜和不同螺距的螺旋型超材料的组合对不同频率段的声波具有隔离作用,因此可提高整体对变压器噪声降噪的效果。
本发明用于变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置的隔声材料面积占隔声装置支撑支架总面积的20%,面积占比小,通风透气,并且本发明隔声窗装置尺寸可根据实际变压器通风孔尺寸进行定制,方便实用。
本发明可安装于变压器通风孔处,作为隔声窗使用,由于薄膜型超材料轻薄易实现,螺旋形超材料的带折叠效应具有宽频降噪特性,且开孔薄膜和不同螺距的螺旋型超材料的组合对不同频率段的声波在传播路径上进行隔离,因此可提高整体对变压器噪声降噪的效果。本发明用于变压器螺旋腔式隔声窗 装置相比传统的声屏障具有在更宽的降噪频段、低频降噪效果好、装置简单、可自由组合及制造成本低等优点。
附图说明
图1螺旋腔式隔声窗装置示意图;
图2螺旋腔式隔声窗装置的组成示意图;
图3隔声装置支撑支架的组成示意图;
图4螺旋式超材料单元结构示意图;
图中:1螺旋腔式隔声材料单元,2隔声装置支撑支架,3正方形框架、4圆环形固定框架,5 固定支架板,6弹性穿孔薄膜,7螺旋式超材料单元,8腔体,9圆柱体,10螺旋板。
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。
本发明螺旋腔式隔声窗装置如图1所示。
如图2所示,本发明包括螺旋腔式隔声材料单元1及隔声装置支撑支架2,螺旋腔式隔声材料单元1嵌入隔声装置支撑支架2上。
螺旋腔式隔声材料单元1为a*b=m个,其中a,b,m为正整数,m个螺旋腔式隔声材料单元组成a*b的阵列,a,b分别为每列和每行的螺旋腔式隔声材料单元的个数。m个螺旋腔式隔声材料单元嵌入一个隔声装置支撑支架2中。
所述的螺旋腔式隔声材料单元1由弹性穿孔薄膜6、螺旋式超材料单元7和腔体8组成。所述的腔体8为只有一个底面的空心圆柱体。螺旋式超材料单元7 置于腔体8内,腔体8水平布置,弹性穿孔薄膜6覆盖腔体8的前端面,即空心圆柱体的开口面。
如图3所示,本发明实施例的隔声装置支撑支架2由正方形框架3、圆环形固定框架4 和固定支架板5组成,80个正方形框架3按照8*10的阵列方式排列,圆环形固定框架4通过固定支架板5固定在每个正方形框架3内。正方形框架3内边长为10cm,厚7cm。相邻的正方形框架的中点距离均为10.5cm,整个隔声装置支撑支架2为105.5cm*84.5cm*7cm。圆环形固定框架内径4.8cm,外径为5cm。固定支架板5为长方形薄板,厚度为0.1cm。每4 块固定支架板将一个圆环形固定框架固定在一个正方形框架内,组成一个小单元,多个小单元排列成阵列,一个螺旋腔式隔声材料单元1装入一个小单元内,一一对应。4块长方体固定支架板的上下底面中点的连线分别与正方形框架两条对角线重合。
所述的声装置支撑支架2由铝合金制成。
如图4所示,本发明实施例的螺旋腔式隔声材料单元1由弹性穿孔薄膜6、螺旋式超材料单元7和腔体8组成。
其中,螺旋式超材料单元7由中心圆柱体9和螺旋板10构成。中心圆柱体9直径为0.2cm,高为5.5cm。螺旋板10为厚度为0.1cm,直径为4.6cm的螺旋形盘绕薄板。螺旋板10以螺旋形状盘绕并固定于位于中心的圆柱体9外表面。螺旋板10的高度与中心圆柱体9的高度相等,为5.5cm。保持螺旋板10的高度不变,分别制成6层、7层和8层螺旋的螺旋式超材料单元,层数不同即螺距不同,对噪声降噪的频段不同。
所述的腔体8的外径为4.8cm,内径为4.6cm。
弹性穿孔薄膜6为开有多个通孔的圆形薄膜,圆形薄膜直径为4.8cm,厚度为0.1cm,由仿真实验数据选取通孔的孔径为0.1cm,此时其低频效果较好。弹性穿孔薄膜6上,通孔围绕圆形薄的中心向外沿圆周层层布置,共排布7圈通孔,从内到外每圈等距分布1个,8 个,12个,18个,20个,24个,30个,36个通孔。
螺旋式超材料单元7的螺旋板10的外边缘粘附在腔体8的圆形内壁上,螺旋板10的上端面距离弹性穿孔薄膜6的下底面1cm。
所述的弹性穿孔薄膜6由硅胶制成。所述的螺旋式超材料单元7、腔体8由环氧树脂制成。
本发明工作过程为:不同螺距的螺旋形超材料对不同频段噪声具有隔声效果。随着螺距的逐渐增加,等效声速逐渐增大,高频隔声效果好,反之,螺距越小,低频隔声效果越好。弹性穿孔薄膜轻薄易实现,开孔薄膜低频噪声隔声较好。因此,可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,布置不同螺距的螺旋腔式隔声窗 装置对噪声进行吸收。螺旋腔型声学超材料相比于传统局域型声学超材料,由于其加入了空间盘绕结构,双负参数的实现主要来源于带折叠效应而不仅是局域共振,因此可以弥补局域共振带来的窄带宽限制。开孔薄膜型声学超材料和螺旋腔型声学超材料的组合,能够提高对变压器低频噪声的降噪效果。当声波传输至变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置时,首先经过弹性开孔薄膜材料,然后声波经过螺旋形超材料声波通道,在腔体内共振。由于开孔薄膜和不同螺距的螺旋型超材料的组合对不同频率段的声波具有隔离作用,因此可提高整体对变压器噪声降噪的效果。
本发明用于变压器降噪的螺旋腔式隔声窗 装置,可安装于变压器通风孔处,作为隔声窗使用,由于薄膜型超材料轻薄易实现,螺旋形超材料的带折叠效应具有宽频降噪特性,且开孔薄膜和不同螺距的螺旋型超材料的组合对不同频率段的声波在传播路径上进行隔离,因此可提高整体对变压器噪声降噪的效果。本发明用于变压器螺旋腔式隔声窗 装置相比传统的声屏障具有在更宽的降噪频段、低频降噪效果好、装置简单、可自由组合及制造成本低等优点。

Claims (3)

1.一种用于变压器通风降噪的螺旋腔式隔声窗装置,其特征在于,所述的隔声窗装置包括a*b=m个螺旋腔式隔声材料单元(1)及一个隔声装置支撑支架(2),其中a、b、m为正整数;m个螺旋腔式隔声材料单元组成a*b的阵列,a、b分别为每列和每行的螺旋腔式隔声材料单元的个数;m个螺旋腔式隔声材料单元(1)嵌入一个隔声装置支撑支架(2)中;所述的螺旋腔式隔声材料单元(1)由弹性穿孔薄膜(6)、螺旋式超材料单元(7)和腔体(8)组成;所述的腔体(8)为只有一个底面的空心圆柱体,水平布置;螺旋式超材料单元(7)置于腔体(8)内;弹性穿孔薄膜(6)覆盖腔体(8)的前端面,即空心圆柱体的开口面;
所述的螺旋式超材料单元(7)由中心圆柱体(9)和螺旋板(10)构成;中心圆柱体(9)的高度与螺旋板(10)的高度相等;所述的螺旋板(10)为螺旋形盘绕薄板,螺旋板(10)以螺旋形状盘绕在中心圆柱体(9)的外表面;螺旋板(10)的直径与腔体(8)的内径相等;螺旋板(10)的外边缘粘贴在腔体(8)的内壁上;螺旋板(10)的上端面与腔体(8)的前端面有距离,螺旋板(10)的下端面和腔体(8)的后端面有距离;螺旋板(10)的螺距根据降噪频率调节;
所述的弹性穿孔薄膜(6)为开有多个通孔的圆形薄膜;弹性穿孔薄膜(6)上,以圆形薄膜的中心向外沿圆周层层布置有通孔,通孔等距排布,数量逐层递增;弹性穿孔薄膜(6)的外径与腔体(8)的外径相等;
用于所述变压器降噪的螺旋腔式隔声窗装置的隔声频段与螺旋形超材料单元螺旋板(10)的螺距、弹性穿孔薄膜(6)的开孔尺寸相关,根据所需的隔声频率来选择螺旋板(10)的螺距及弹性穿孔薄膜(6)的开孔尺寸,并将不同的螺旋腔式隔声材料单元组合。
2.按照权利要求1所述的隔声窗装置,其特征在于,所述的隔声装置支撑支架(2)由m个正方形框架、m个圆环形固定框架、4*m个固定支架板组合而成,m为正整数;1个正方形框架、1个圆环形固定框架和4个固定支架板组合成1个小单元;小单元排成阵列,各相邻小单元的中心距离相等;一个螺旋腔式隔声材料单元1装入一个小单元内,一一对应;隔声装置支撑支架(2)安装在变压器通风口上;所述的圆环形固定框架的外径等于方形通孔边长的一半;固定支架板为正面为长方形的长方形薄板,每4块固定支架板将一个圆环形固定框架固定在一个正方形框架内;4个长方体的固定支架板上、下底面中点的连线分别与正方形框架的对角线重合。
3.按照权利要求1所述的隔声窗装置,其特征在于,所述的弹性穿孔薄膜(6)由硅胶制成;所述的螺旋式超材料单元(7)和腔体(8)由环氧树脂制成。
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