CN113656997B - 一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法及系统，属于噪声控制领域。本发明方法包括：建立变压器结构的有限元模型，设置固支边界条件，获取各阶固有频率对应的模态振型；确定主要噪声频率，及主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，及接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；对变压器油箱表面布置振动加速度测点，绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；施加不同质量的质量块，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；选择在Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
Description
技术领域
本发明涉及噪声控制领域，并且更具体地，涉及一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法及系统。
背景技术
随着电网的快速发展和用电负荷的不断增加，变压器数量越来越多，变压器运行所产生的噪声会对人们的生活和工作产生不良影响。噪声污染是非常重要的环境问题，变压器噪声已经引起了公众广泛的关注，纠纷与投诉现象时常发生。低噪声环保型变压器设备的研制成为电网噪声控制领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的在于降低配变噪声减小低频噪声扰民问题，而提出了一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法，包括：
根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
对变压器油箱表面布置振动加速度测点，获取测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
选择在Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
可选的，振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
可选的，质量块的质量范围为0-2kg。
可选的，绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
本发明还提出了一种用于变压器油箱结构低噪声优化的系统，包括：
模型搭建单元，根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
计算单元，确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
第一测量单元，获取变压器油箱表面布置振动加速度测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
第二测量单元，在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块后，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
优化单元，确定Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
可选的，振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
可选的，质量块的质量范围为0-2kg。
可选的，绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
本发明和现有技术相比，可类比用于其他具有类似结构的设备进行结构优化。
附图说明
图1为本发明一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法的流程图；
图2为本发明变压器油箱结构优化示意图；
图3为本发明一种用于变压器油箱结构低噪声优化的系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供了一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法，如图1所示，包括：
根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
对变压器油箱表面布置振动加速度测点，获取测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
选择在Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
其中，振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
其中，质量块的质量范围为0-2kg。
其中，绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
具体实施案例如下：
选取了一台10kV，容量为200kVA的变压器，结构参数如表1所示，变压器左、右侧面各布有散热片8片，正、反侧面各布有散热片15片。
表1
步骤1中，变压器油箱和散热片尺寸参数如表1所示，根据此参数建立散热片和变压器本体油箱的二维壳体模型，设置底部固支边界条件后进行模态分析计算，得到变压器结构模态振型和固有频率。
步骤2中，找到与100Hz、200Hz和300Hz最为接近的固有频率，并计算其频率差值和以及振动位移和，结果如表2所示。
表2
步骤3中，通过测量表面振动加速度大小得到了变压器油箱表面振动分布情况，并结合变压器内部绕组和铁心结构位置，确定施加质量块的位置为正反面距离油箱底部20cm，1/6、1/2和5/6处。
步骤4中，按照步骤2中的计算方法，分别得到了施加不同质量块时油箱结构的固有频率和相应振型，如表3和表4所示，通过比较发现当质量为1kg时效果最好。
表3
表4
根据计算结果，在变压器油箱内部正面与背面1/6、1/2和5/6处，分别加了一个1kg的钢块，如图2所示。对优化后变压器结构进行噪声与振动测试并与原变压器进行对比，结果如表5所示，可见优化后变压器噪声降低效果十分明显。
表5
本发明还提出了一种用于对变压器油箱结构低噪声优化的系统200，如图3所示，包括：
模型搭建单元201，根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
计算单元202，确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
第一测量单元203，获取变压器油箱表面布置振动加速度测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
第二测量单元204，在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块后，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
优化单元205，确定Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
其中，振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
其中，质量块的质量范围为0-2kg。
其中，绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
本发明和现有技术相比，可类比用于其他具有类似结构的设备进行结构优化。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种用于变压器油箱结构低噪声优化的方法，所述方法包括：
根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
对变压器油箱表面布置振动加速度测点，获取测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
选择在Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
2.根据权利要求1所述的方法，所述振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
3.根据权利要求1所述的方法，所述质量块的质量范围为0-2kg。
4.根据权利要求1所述的方法，所述绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
5.一种用于变压器油箱结构低噪声优化的系统，所述系统包括：
模型搭建单元，根据变压器油箱和散热片的尺寸参数，建立变压器结构的有限元模型，对有限元模型设置固支边界条件，获取有限元模型各阶固有频率对应的模态振型；
计算单元，确定变压器油箱配变的主要噪声频率，确定有限元模型各阶固有频率对应的模态振型中与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf，及振动幅值的和S；
第一测量单元，获取变压器油箱表面布置振动加速度测点处的加速度数据，根据加速度数据绘制变压器油箱表面振动云图，确定变压器箱体表面振动的最大位置；
第二测量单元，在变压器箱体表面振动的最大位置处施加不同质量的质量块后，获取变压器油箱的各阶固有频率与主要噪声频率接近的固有频率及振动幅值，获取与主要噪声频率接近的固有频率的差值的和Δf’，及振动幅值的和S’；
优化单元，确定Δf’＞Δf且S’最小的质量块，施加至变压器箱体表面振动的最大位置处，对变压器油箱结构低噪声进行优化。
6.根据权利要求5所述的系统，所述振动加速度测点在变压器油箱纵向上布置4-5个测点，横向上每隔一片散热片布置1个测点。
7.根据权利要求5所述的系统，所述质量块的质量范围为0-2kg。
8.根据权利要求5所述的系统，所述绘制变压器油箱表面振动云图使用线性插值法。
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