CN116696689A - 一种海上风电机水下塔筒降噪装置及水下塔筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上风机水下塔筒降噪装置及水下塔筒，由弹性材料制成，为能够套在水下塔筒外周的环形筒状结构，由多个降噪单元构成，所述降噪单元包括隔声板，隔声板设有多个第一通孔，隔声板的内侧面与减振柱的一端连接，减振柱的另一端端面用于与水下塔筒外筒面接触，隔声板的外侧面与降噪网的一端连接，降噪网的另一端连接减振块，减振块设有多个第二通孔，采用本发明的降噪装置能够有效减少海上风机向海洋环境的噪声污染的传递，且使用寿命长，对海水无污染。

Description

一种海上风电机水下塔筒降噪装置及水下塔筒

技术领域

本发明涉及水下生态环境保护技术领域，具体涉及一种海上风电机水下塔筒降噪装置及水下塔筒。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

随着海上风电的建设和迅速发展，海上风机会产生相当大的振动噪声，并将此噪声通过塔筒传入水体，给海洋生态环境带来很大的威胁。据研究表明，噪声可以对海洋动物的听觉、行为和生理状态产生影响，使其出现行为紊乱、成长缓慢、繁殖障碍等问题。

目前，海上风电建设对海洋的噪声污染，关注点主要在建设过程中的工程噪音方面，但随着海上风电规模的不断扩大，海上风电在运行过程中塔筒振动引起的噪声污染问题将会逐渐凸显。海水作为一种传声介质，会传导噪声，改变海上风电场及周边海域的声学环境，影响到海洋生物的正常栖息，给海洋生态环境带来潜在威胁。

目前，已有一些针对海上风电塔筒噪声问题的解决方案，如水下基桩采用减振结构，在塔筒表面采用降噪型涂料、中空降噪覆盖层结构等。然而，这些方案都存在一些问题，如水下基桩减振结构容易受到海水的侵蚀。降噪型涂料难以做到完全环保，容易污染海水。中空降噪覆盖层结构因其降噪功能设计较为单一，对噪声的降噪频段较窄，对不同入射方向的噪声处理能力有限，不适用于情况复杂的大尺寸物体降噪；中空弹性结构在高密度流体环境中受到强烈的预压缩作用，弹性作用大幅度减弱，降噪效果十分有限。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种海上风电机水下塔筒降噪装置及水下塔筒，可有效降低海上风电机工作时向海洋生态环境传递的噪音。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种海上风机水下塔筒降噪装置，由弹性材料制成，为能够套在水下塔筒外周的环形筒状结构，由多个降噪单元构成，所述降噪单元包括隔声板，隔声板设有多个第一通孔，隔声板的内侧面与减振柱的一端连接，减振柱的另一端端面用于与水下塔筒外筒面接触，隔声板的外侧面与降噪网的一端连接，降噪网的另一端连接减振块，减振块设有多个第二通孔。

可选的，所述减振柱采用锥台状结构，其面积较大的端部与隔声板连接，面积较小的端部的端面用于与水下塔筒的外筒面接触。

可选的，所述减振柱设置在隔声板内侧面的中心位置，多个第一通孔在减振柱外周沿环向设置。

可选的，第一通道对应的隔声板内侧面区域为第一区域，减振柱覆盖的内侧面部分为第二区域，隔声板内侧面的其他区域为第三区域，第三区域设置有多个尖劈结构，尖劈结构的尖端用于朝向水下塔筒设置。

可选的，多个尖劈结构面积较大的端部覆盖整个第三区域。

可选的，所述减振块采用空心结构的尖劈结构，其面积较大的端部敞口设置，尖端朝向远离水下塔筒的方向设置，所述尖劈结构的锥面对应的侧壁上设有第二通孔。

可选的，所述弹性材料采用丁苯橡胶。

可选的，所述第二通孔与第一通孔错开设置。

可选的，相邻降噪单元通过减振块的对应外边缘连接成为整体。

第二方面，本发明的实施例提供了一种海上风机水下塔筒，其外周包覆有第一方面所述的海上风机水下塔筒降噪装置，多个降噪单元的减振柱内端面均与水下塔筒的外筒面接触。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的降噪装置，具有隔声板，隔声板主要起到声学屏障作用，利用板状结构对噪声的能量传播进行反射和损坏，起到隔绝作用，隔声板的内侧面设有减振柱，减振柱起到支撑与连接作用，同时起到减振弹簧的作用，能够吸收和耗散水下塔筒产生的能量从而减少水下塔筒的振动产生的噪声，隔声板上设置多个第一通孔，减少了预压缩作用，同时其外侧面与降噪网连接，可以加速局部水流扰动，根据粘滞性和内摩擦作用，由于声波传播时的质点振动速度各不相同，使相邻质点间产生相互作用的粘滞力或内摩擦力，借助降噪网形成的网状的复杂结构，从而使声能转化为热能，增加声能量损耗，与传统的降噪包覆装置相比，特别适合对大尺寸物体尤其是水下塔筒，在高密度流体环境中因振动产生的低频噪声进行降噪，可以有效地降低塔筒振动噪声向水下环境的传播，通过减振柱、隔声板、降噪网的配合，实现了对水下塔筒的减振降噪，而且对海水不存在污染，适合大规模使用。

2.本发明的降噪装置，隔声板内侧面的第二区域设置有多个尖劈结构，不仅可以提高降噪频段，还可以对各个角度的声波进行循环往复反射，实现声波能量的有效吸收，降低水下塔筒向海洋环境传递的噪音。

3.本发明的降噪装置，减振块采用尖端朝向远离水下塔筒方向的尖劈结构，可以有效吸收海洋环境中传递过来的其他噪声声波，同时其设置的第二通孔可以起到通过粘滞性和内摩擦作用，使声能转化为热能，增加声能量损耗的作用，另外，第二通孔和第一通孔错开设置，能够起到更好的减振效果。

4.本发明的降噪装置，采用丁苯橡胶材料制成，其具有良好的弹性，有优越的减振、降噪性能；其许多性质介于固体与水之间，声阻抗率和水很接近，而且有相当大的剪切损耗，是比较理想的水声吸声材料；并且该类材料对海水的耐侵蚀能力也很强，可以保证降噪包覆层长久运作，避免降噪包覆层因腐蚀对海洋环境造成破坏。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1整体结构俯视图；

图2是本发明实施例1降噪单元结构主视图；

图3是本发明实施例1降噪单元结构剖视图；

其中，1.减振柱，2.隔声板，3.第一尖劈结构，4.降噪网，5.减振块，6.第一通孔，7.第二通孔，8.相邻单元连接面，9.海水接触面，10.塔筒接触面。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种海上风机水下塔筒降噪装置，如图1-图3所示，采用圆筒状结构，能够包覆套在水下塔筒的外周，所述海上风机水下塔筒降噪装置采用弹性材料制成，优选的采用丁苯橡胶材料制成，具有良好的弹性，有优越的减振、降噪性能；其许多性质介于固体与水之间，声阻抗率和水很接近，而且有相当大的剪切损耗，是比较理想的水声吸声材料；并且该类材料对海水的耐侵蚀能力也很强，可以保证降噪装置长久运作，避免降噪装置因腐蚀对海洋环境造成破坏。

所述降噪装置由多个降噪单元构成，所述降噪单元包括隔声板2、减振柱1、减振块5、降噪网4等。

本实施例中，隔声板2采用由丁苯橡胶制成的正方形板，优选的，采用500mm*500mm*50mm的正方形实心板。

隔声板2主要起到声学屏障的隔声作用，利用板状结构对噪声的能量传播进行反射与损耗，起到第一次隔绝的作用。理论上隔声板2的厚度越大，隔声效果最好。

隔声板2的内侧面中心位置设置有减振柱1，减振柱1为由丁苯橡胶制成的实心柱，减振柱1采用锥台状结构，其面积较大的端部与隔声板2内侧面的中心位置连接，其面积较小的端部端面用于与水下塔筒的外筒面接触，为塔筒接触面10。

优选的，所述减振柱1面积较大的端部端面为边长为100mm的正方形，面积较小的端部的端面为边长为50mm的正方形，减振柱沿轴线方向的长度为300mm。

减振柱1主要起到支撑与连接的作用，同时起到减振弹簧的作用，其利用弹性材料的阻尼特性来吸收和消散水下塔筒产生的能量，从而减少水下塔筒的震动和振动产生的噪声。减振柱1在满足支撑减振块的机械强度的基础上，增加其长度，减少其横截面积，可以的倍数增加降噪装置的有效减振厚度。

所述隔声板2上设置有多个第一通孔6，多个第一通孔6在减振柱1外围沿环向设置，优选的，沿环向等间隔设置。

优选的，所述第一通孔6设置四个，所述第一通孔6采用边长为100mm的正方形通孔，四个第一通孔6沿圆周排列，圆周的圆心即为隔声板2的中心，优选的，四个第一通孔沿圆周等间隔排列。

本实施例中，定义四个第一通孔6在隔声板2内侧面覆盖的区域为第一区域，减振柱1面积较大的端部在隔声板2覆盖的区域为第二区域，隔声板2内侧面的其他区域为第三区域，第三区域设置有多个第一尖劈结构3，第一尖劈结构3采用锥形结构，其面积较大的端部与隔声板2连接，其尖端用于朝向水下塔筒设置。

优选的，所述第一尖劈结构3面积较大的端部端面为边长为50mm的正方形。

第一尖劈结构3设置在隔声板2内侧，尖端对向噪声源即对向水下塔筒，主要起到吸声的作用。尖劈是当前有效频段最宽、吸声效能最高的声学结构。尖劈对吸声提高的作用一是由于接触面积的增大造成的。另一方面，声波入射到尖劈外形的楔槽斜壁上，一部分进入吸声材料，大多数被吸收，被反射的声波又入射到楔槽斜壁对面的吸声材料表面，进入部分大多数被吸收，循环往复。

所述第一尖劈结构3采用实心结构或空心结构，优选的采用空心结构，内部设置空腔，可以明显的共振吸声效应，能显著改善低频段的吸声性能。

所述隔声板2的外侧面与降噪网4的一端连接，本实施例中，所述降噪网采用现有结构即可，由多个实心螺旋结构交织而成，所述降噪网4采用丁苯橡胶材料制成，优选的，实心螺旋结构的大半径为60mm，小半径为10mm，轴向节距为100mm，径向节距为0mm。

降噪网4的一端与隔声2板连接，另一端连接至减振块5，降噪网4作为隔声板2和减振块5的连接媒质，一是利用其弹性，对振动能量进行吸收和消耗，二是利用其复杂的网状结构，根据声波传播时的质点振动速度各不相同，使相邻质点间产生相互作用的粘滞力或内摩擦力，借助网状结构的复杂结构，从而使声能转化为热能，增加声能量损耗。

减振块5的外侧面用于与海水接触，为海水接触面，减振块5的体积大于隔声板2的体积，主要起到惯性减振的作用，运用其较大的质量与弹性材料的阻尼特性，对减振柱1传递的振动能量进一步衰减，减振块5在满足机械强度的基础上，特别是在水下等高密度流体环境中，增加减振块5的质量，提高惯性，在减振块5与高密度流体相互作用下，对噪声的能量衰减有显著作用。

所述减振块5上开设有多个第二通孔7，可以起到通过粘滞性和内摩擦作用，使声能转化为热能，增加声能量损耗的作用。

优选的，所述减振块5采用空心的第二尖劈结构，可以有效吸收海洋环境中传递过来的其他噪声声波。第二尖劈结构的面积较大的端部敞口设置，所述降噪网连接至第二尖壁结构锥面壁的内侧面。

优选的，减振块5面积较大的端部端面为500mm*500mm的正方形，减振块5沿轴线方向的长度为250mm，减振块5的壁厚为70mm。

减振块5的四个锥面壁均开设有第二通孔7，第二通孔7采用半径为40mm的圆形孔洞。

本实施例中，第二通孔7和第一通孔6错开设置，能够起到更好的减振效果。

由于减振块5面积较大端面的尺寸大于隔声板2的面积，因此相邻降噪单元通过减振块5的外边缘面连接成为一个整体，减振块面积较大端部的外边缘面为相邻单元连接面8。

本实施例中，减振柱1、隔声板2、第一尖劈结构3、降噪网4与减振块5的尺寸与形状可以根据不同的振动噪声源合理选择，其内部设计空腔与孔洞结构，可提升共振能力；增加其有效减振面积，可增强粘滞性和内摩擦作用，提高降噪效果；降噪装置其利用减振柱1、隔声板2、第一尖劈结构3、降噪网4与减振块5特殊的结构设计，可以从振动能量消耗、热粘性消耗与声反射方面对中低频消声效果进行耦合，达到宽频降噪段的作用，特别适合对大尺寸物体尤其是海上风机的水下塔筒，在高密度流体环境中因振动产生的低频噪声进行降噪，可以有效地降低水下塔筒振动噪声向水下环境的传播。

减振柱1、隔声板2、第一尖劈结构3与减振块5可为同一材质的实心结构，或空腔结构，或内部填充其他材质形成不均匀结构，内部空腔的形状、体积、个数、排列方式等因素可按需调整；降噪单元的内外接触面，可为平面结构，也可为凹凸结构。

海上风电水下塔筒通过振动对水体进行噪声传播，降噪装置可以通过多个降噪单元结构组成，降噪装置可根据塔筒的尺寸与水下高度对降噪单元进行组装，降噪装置利用降噪单元其良好的弹性，优越的减振、降噪性能对水下塔筒部分进行减振降噪，特别是对1000Hz以下的低频噪声，有明显的降噪作用。

实施例2

本实施例提供了一种海上风机水下塔筒，其外周包覆有实施例1所述的海上风机水下塔筒降噪装置，降噪装置的减振柱的面积较小的端面与水下塔筒的外筒面接触，水下塔筒的其他结构采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

实施例1所述的海上风机水下塔筒降噪装置在水下塔筒外周进行安装时，分三层由内向外进行施工。

第一层为多个降噪单元的减振柱、隔声板与第一尖劈结构共同构成的包覆结构内层，多个减振柱与水下塔筒的外筒面接触。

第二层为降噪网构成的包覆结构中层，对包覆结构内层进行接触包覆。

第三层为多个减振块构成的包覆结构的外层，对包覆结构的中层进行接触包覆。

三层之间通过铆钉或插接或拼接方式相互进行固定，也可只通过三层的张紧力进行固定。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，由弹性材料制成，为能够套在水下塔筒外周的环形筒状结构，由多个降噪单元构成，所述降噪单元包括隔声板，隔声板设有多个第一通孔，隔声板的内侧面与减振柱的一端连接，减振柱的另一端端面用于与水下塔筒外筒面接触，隔声板的外侧面与降噪网的一端连接，降噪网的另一端连接减振块，减振块设有多个第二通孔。

2.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，所述减振柱采用锥台状结构，其面积较大的端部与隔声板连接，面积较小的端部的端面用于与水下塔筒的外筒面接触。

3.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，所述减振柱设置在隔声板内侧面的中心位置，多个第一通孔在减振柱外周沿环向设置。

4.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，第一通道对应的隔声板内侧面区域为第一区域，减振柱覆盖的内侧面部分为第二区域，隔声板内侧面的其他区域为第三区域，第三区域设置有多个尖劈结构，尖劈结构的尖端用于朝向水下塔筒设置。

5.如权利要求4所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，多个尖劈结构面积较大的端部覆盖整个第三区域。

6.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，所述减振块采用空心结构的尖劈结构，其面积较大的端部敞口设置，尖端朝向远离水下塔筒的方向设置，所述尖劈结构的锥面对应的侧壁上设有第二通孔。

7.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，所述弹性材料采用丁苯橡胶。

8.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，所述第二通孔和第一通孔错开设置。

9.如权利要求1所述的一种海上风机水下塔筒降噪装置，其特征在于，相邻降噪单元通过减振块的对应外边缘连接成为整体。

10.一种海上风机水下塔筒，其特征在于，其外周包覆有权利要求1-9任一项所述的海上风机水下塔筒降噪装置，多个降噪单元的减振柱内端面均与水下塔筒的外筒面接触。