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Abstract

本发明公开了一种适用于变配电间的低频吸声装置，属于噪声控制领域，包括间隔均匀且相互平行地悬挂于变配电间顶面的S型管，所述S型管的底侧设有水平投影呈直线的穿孔，相邻穿孔在位于S型管上的曲线间隔相同，所述S型管的管口两端封闭。将S型管以并联的方式水平悬挂于距变配电间顶面一定距离处，即S型管与变配电间顶面间留有空腔，管与管间留有缝宽固定的微缝。将装置的共振频率、产生吻合效应时S型管的弯曲振动频率、S型管内亥姆霍兹共振腔频率、S型管拼接缝与背后空腔形成的狭缝共振吸声结构频率，均设计在100Hz，可以高效吸收变配电间内100Hz噪声。

Description

一种适用于变配电间的低频吸声装置
技术领域
本发明涉及噪声控制领域，具体地说，涉及一种适用于变配电间的低频吸声装置。
背景技术
随着我国经济社会的快速发展，用电负荷不断增长，不同电压等级变电站和电力系统末端居民区中变配电间内的变压器总数累计达数千万台，变配电间内噪声级较高。
研究表明，变压器本体噪声主要来自磁致伸缩、电致伸缩噪声，呈现明显的低频有调特性，在基频100Hz上的声能量占总辐射声能的90％以上。为降低户内变电站变压器室和居民区内变配电间内噪声，可采用吸声技术降低室内反射声，如使用多孔吸声材料(如玻璃棉，岩棉等)、共振吸声结构(如薄板、薄膜共振吸声结构等，如公布号为CN104167204A的中国专利文献公开的一种微粒板共振吸声机构，以及公布号为CN106917457A的中国专利公开的一种低频共振吸声机构)。
多孔吸声材料适合于吸收中高频噪声，对低频声的吸声系数非常低，共振吸声结构适用于吸收中低频噪声，对频率较低的100Hz噪声吸声系数仍较低。因此，有必要研发一种高效吸收变配电间内100Hz低频噪声的装置，降低变配电间内噪声污染。
发明内容
本发明的目的为提供一种适用于变配电间的低频吸声装置，该装置可高效吸收变压器产生的低频噪声，特别是声能量占主导的100Hz噪声。
为了实现上述目的，本发明提供的适用于变配电间的低频吸声装置包括间隔均匀且相互平行地悬挂于变配电间顶面的S型管，所述S型管的底侧设有水平投影呈直线的穿孔，相邻穿孔在位于S型管上的曲线间隔相同，所述S型管的管口两端封闭。
上述技术方案中，将S型管以并联的方式水平悬挂于距变配电间顶面一定距离处，即S型管与变配电间顶面间留有空腔，管与管间留有缝宽固定的微缝。将装置的共振频率、产生吻合效应时S型管的弯曲振动频率、S型管内亥姆霍兹共振腔频率、S型管拼接缝与背后空腔形成的狭缝共振吸声结构频率，均设计在100Hz，可以高效吸收变配电间内100Hz噪声。
为了提高吸声效率，作为优选，S型管外包裹有阻尼层，管内填充有大密度的多孔吸声材料，在整个吸声装置的外围设有隔声板。
作为优选，S型管呈正弦型，S型管的水平投影长度为100Hz对应波长，约3.4m，S型管的波峰幅值为管长的10％，约0.34m。在入射角为θ的声波作用下，S型管产生弯曲振动，当入射声波波长λ与弯曲波波长λb满足时，S型管的弯曲振动达到极大值，在S型管内阻及外包阻尼层作用下，弯曲振动能量有效转化为热能，实现对100Hz声波的吸声作用。
作为优选，穿孔在位于S型管上的曲线间距大于五倍孔径。当穿孔间距大于五倍孔径时，每个孔对应的共振腔间无需分隔，即分隔与不分隔吸声效果相似。
作为优选，S型管(包括内部吸声材料和外包阻尼层)的固有频率为100Hz，在100Hz入射声波激励下，S型管产生共振，辐射频率较高的自鸣噪声，该自鸣噪声能量来自100Hz入射声波，即100Hz声能量转移至高频声，根据能量守恒原理，100Hz声能得到降低。
为了更加有效地吸收100Hz声能，作为优选，隔声板底部与S型管的两封闭端齐平，S型管、隔声板以及变配电间顶面三者围合形成固有频率为100Hz的狭缝共振吸声结构。
作为优选，S型管的顶部波峰处铆接或套接有金属或尼龙丝线，将S型管吊挂在变配电间顶面，使S型管能自由振动。
作为优选，S型管的管壁的厚度为2mm～5mm，管半径不小于100mm，穿孔的半径为1mm～2mm，穿孔率为1％～10％。
作为优选，S型管与变配电间顶面间的距离取0.7m～0.9m；相邻S型管间的缝宽取0.03m～0.05m。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的适用于变配电间的低频吸声装置通过高效集成设计，将装置的共振频率、产生吻合效应时S型管的弯曲振动频率、S型管内亥姆霍兹共振腔频率、S型管拼接缝与背后空腔形成的狭缝共振吸声结构频率，均设计在100Hz,高效吸收变配电间内100Hz噪声。同时，利用管内填充的密度较大的多孔吸声材料，进一步提高对100Hz声能的吸声效果。
附图说明
图1为本发明实施例中适用于变配电间的低频吸声装置的正视图；
图2为本发明实施例中适用于变配电间的低频吸声装置的左视图；
图3为本发明实施例中适用于变配电间的低频吸声装置的仰视图；
图4为本发明实施例中适用于变配电间的低频吸声装置的三维图；
图5为本发明实施例中S型管与直管吸声效果对比图；
图6为本发明实施例中不同波峰幅值S型管的吸声效果对比图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1至图4，本实施例的适用于变配电间的低频吸声装置包括以并联的方式水平悬挂于变配电间顶面1的正弦型S型管6，S型管6的管间缝宽固定，形成狭缝共振吸声结构。面向声入射侧管壁上有水平投影呈直线的穿孔5，相邻穿孔在位于S型管上的曲线间隔相同，管内形成多个并联的亥姆霍兹共振腔，穿孔间距大于5倍孔径，每个孔对应的共振腔间无需分隔，即分隔与不分隔吸声效果相似。S型管6的管口两端封闭，S型管6外包裹有阻尼层，管内填充有密度较大的多孔吸声材料，S型管6四周采用隔声板4封闭处理且S型管6与四周封闭的隔声板4间有微缝。
本实施例的S型管6为铝制管，材质铝造价低廉、质地轻盈利于S型管6的自由振动。管内填充的多孔吸声材料可为岩棉或玻璃棉等。
如图5所示，验证了S型管6对配电变压器所产生的100Hz左右的低频噪声的吸声效果要优于普通直管的吸声效果。
本实施例中，S型管6呈正弦型；管长(水平投影长度)为100Hz声波对应波长，约3.4m；S型管6的波峰幅值7为管长的10％，约0.34m。在入射角为θ的声波作用下，S型管6产生弯曲振动，当入射声波波长λ与弯曲波波长λb满足时，S型管6的弯曲振动达到极大值，在S型管6内阻及外包阻尼层作用下，弯曲振动能量有效转化为热能，实现对100Hz声波的吸声作用。
如图6所示，具有不同波峰幅值7的S型管6对配电变压器所产生的100Hz左右的低频噪声吸声效果各不相同。其中，当S型管6的波峰幅值7小于管长的10％(约0.34m)时，其吸声效果随波峰幅值7的增大而增大；当其幅值7大于管长的10％时，其吸声效果随幅值7的增大而未有明显的变化。考虑到S型管6的材料成本随其幅值7的增大而增大，因此优选波峰幅值7为管长10％(约0.34m)的S型管6，其吸声效果佳且材料成本较低。
本实施例中，单根S型管6(含内部吸声材料和外包阻尼层)的固有频率为100Hz，在100Hz入射声波激励下，S型管产生共振，辐射频率较高的自鸣噪声，该自鸣噪声能量来自100Hz入射声波，即100Hz声能量转移至高频声，根据能量守恒原理，100Hz声能得到降低。
本实施例中，S型管6面向入射声波侧管壁上有水平投影呈直线、均匀分布的穿孔5，穿孔间距大于五倍以上孔径，在管内形成多个并联的固有频率为100Hz的亥姆霍兹共振腔，有效吸收100Hz声能。亥姆霍兹共振器的固有共振频率与各参数的关系可用下式表示：
式中，c为声速，一般取340m/s；S为穿孔的孔径开口面积，单位为m2；V为亥姆霍兹共振腔的容积，单位为m3；t为孔径深度，单位为m；d为穿孔直径，单位为m。
取S型管6管壁(包括外部阻尼层)厚度为2mm～5mm；管半径不小于100mm；管壁上穿孔5半径为1mm～2mm，穿孔率为1％～10％；亥姆霍兹共振腔深(S型管内径)为200mm～250mm。
本实施例中，S型管6以并联的方式水平悬挂于距变配电间顶面一定距离处，即S型管6与变配电间顶面1间留有空腔，该距离取0.7m～0.9m；管与管间用尼龙丝8连接并留有缝宽固定的微缝，缝宽取0.03m～0.05m；并联的S型管6四周采用隔声板4封闭，隔声板4底部与S型管6齐平，S型管6与隔声板4间也留有微缝。S型管6、隔声板4与变配电间顶面1三者围合形成固有频率为100Hz的狭缝共振吸声结构，有效吸收100Hz声能。
本实施例中，通过S型管6背面，(水平悬挂时面向变配电间顶面侧)正弦型波峰处3铆接或S型管6套接的金属或尼龙丝线2，将S型管6吊挂在变配电间顶面1，使S型管6能自由振动。
本实施例通过高效集成设计，将装置的共振频率、产生吻合效应时S型管6的弯曲振动频率、S型管6内亥姆霍兹共振腔频率、S型管6拼接缝与背后空腔形成的狭缝共振吸声结构频率，均设计在100Hz,高效吸收变配电间内100Hz声能。同时，利用管内填充的密度较大的多孔吸声材料，进一步提高对100Hz声能的吸声效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，包括间隔均匀且相互平行地悬挂于变配电间顶面的S型管，所述S型管的底侧设有水平投影呈直线的穿孔，相邻穿孔在位于S型管上的曲线间隔相同，所述S型管的管口两端封闭。
2.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管外包裹有阻尼层，管内填充有大密度的多孔吸声材料，在整个吸声装置的外围设有隔声板。
3.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管呈正弦型，S型管的水平投影长度为100Hz对应波长，S型管的波峰幅值为管长的10％。
4.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的穿孔在位于S型管上的曲线间距大于五倍孔径。
5.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管的固有频率为100Hz。
6.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的隔声板底部与所述的S型管的两封闭端齐平，所述S型管、隔声板以及变配电间顶面三者围合形成固有频率为100Hz的狭缝共振吸声结构。
7.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管的顶部波峰处铆接或套接有金属或尼龙丝线，将S型管吊挂在变配电间顶面。
8.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管的管壁的厚度为2mm～5mm，管半径不小于100mm，所述的穿孔的半径为1mm～2mm，穿孔率为1％～10％。
9.根据权利要求1所述的适用于变配电间的低频吸声装置，其特征在于，所述的S型管与所述变配电间顶面间的距离取0.7m～0.9m；相邻S型管间的缝宽取0.03m～0.05m。
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