CN208934166U - 一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环境噪声治理领域，涉及一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障。由内向外依次包括尖劈式微穿孔板阵列(1)、具有周期性阵列的声子晶体空腔(2)、吸声材料填充物(3)和具有粗糙表面的水泥围墙(4)四种子结构；通过设置于所述四种子结构上部的上部水泥盖板(5)和设置于所述四种子结构下部的下部水泥盖板(6)将所述四种子结构连接成为整个声屏障。本实用新型的声屏障易于工程实现，能够应用在各种电压等级的变电站厂界上和变压器、高压电抗器Box‑in室内墙壁设计上，解决电力噪声污染、扰民等问题，具有广泛的推广使用价值。

Description

一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障

技术领域

本实用新型属于环境噪声治理领域，涉及一种新型声屏障，特别涉及一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障。

背景技术

随着我国输电电压等级的提高，变电站附近的环境噪声问题日渐凸显，不仅影响人的工作和睡眠，而且影响人的心理和生理特征。因此噪声控制技术在城市变电站设计与改造中的应用得到了广泛的重视。目前的变电站多数为露天变电站，周围的厂界为水泥围墙，几乎没有任何的噪声控制措施，来自于站内变压器、高抗、风扇等冷却设备的噪声随之以波的形式向四周辐射，引起噪声污染。

针对变电站的噪声治理问题，国内学者也进行了一些研究。例如：徐禄文等人提出了一种应用于变电站噪声控制的优化分析方法及系统，该方法通过考虑声传播的几何发散来准确预测周边空间任意点的噪声大小(徐禄文，沈加曙，刘小玲，杨韬，变电站噪声控制优化分析方法及系统，申请号：201110110992.X)；陈锦栋等人设计了一种铝纤维板隔声吸声屏体进行露天变电站噪声的控制(陈锦栋，李明，施慧刚，张义，一种用于露天变电站降噪的铝纤维板隔声吸声屏体，申请号：201420336632.0)；於文霞等人设计了一种尖劈式声屏障，该声屏障能够实现对外侧的噪音进行实时监控(於文霞，卢校良，於文飞，贾贺新，吴宗，袁永军，徐东，尖劈式声屏障，申请号：201310441201.0)。而这些专利文献中所公布的技术方案只局限在一个方面，无法实现对变电站噪声的综合治理。

已有研究发现，猫头鹰在所有的鸟类中飞行噪声最低，该现象引起了声学专家的兴趣，研究表明，猫头鹰的翅膀呈现梳齿状结构、具有尾绒、皮肤表面结构粗糙并带有空腔等，具有多个低噪声结构特征。因此得出猫头鹰独特的静音飞行能力是源于多个降噪因素综合产生的效应，具有消声降噪和吸声降噪两种机制的共同作用。

因此，本新型设计了一种基于仿生学耦合吸声的应用于变电站噪声控制的新型声屏障，通过多种噪声控制措施来降低变电站的噪声。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，该声屏障综合了多孔吸声、共振吸声、隔声等原理来降低变电站的噪声，解决电力噪声污染、扰民等问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，由内向外依次包括尖劈式微穿孔板阵列、具有周期性阵列的声子晶体空腔、吸声材料填充物和具有粗糙表面的水泥围墙四种子结构；通过设置于所述四种子结构上部的上部水泥盖板和设置于所述四种子结构下部的下部水泥盖板将所述四种子结构连接成为整个声屏障。其中，通过所述上部水泥盖板和所述下部水泥盖板将各部分子结构连接在一起，能够阻挡风雨对结构起到保护作用；

所述尖劈式微穿孔板阵列包括多个尖劈结构，每个尖劈结构均包括一上微穿孔板和一下微穿孔板，所述上微穿孔板和所述下微穿孔板之间的角度范围为10°～80°；所述上微穿孔板和下微穿孔板均镶嵌在金属框架结构上形成尖劈结构；

所述具有周期性阵列的声子晶体空腔(2)包括具有周期性排列的水泥板贴块，所述具有周期性排列的水泥板贴块之间为水泥板间隙。

进一步地，所述上微穿孔板和所述下微穿孔板上的微穿孔的孔径大小范围在1mm以下。

进一步地，当噪声的截止频率为100Hz时，整个声屏障的厚度≥0.85m。

进一步地，当噪声的抑制频率为100Hz时，所述水泥板间隙为1.7m；

当噪声的抑制频率为1000Hz时，波速为340m/s时，所述水泥板间隙为0.17m。

进一步地，所述吸声材料填充物采用高分子复合吸声材料，用于在空气声、固体声的双重作用下工作；所述吸声材料填充物包括高分子聚合物吸声棉和铝板基体，所述吸声棉和铝板基本体结合在一起。

进一步地，所述具有粗糙表面的水泥围墙的表面粗糙，且在粗糙的表面上涂有一层用于对噪声起到抑制作用的水性阻尼涂料。

本实用新型的有益技术效果：

1)本实用新型所提供的新型声屏障中，将尖劈式微穿孔板阵列中的微穿孔板设计为尖劈式结构，能够增大与声波的接触面积，不但使所述尖劈式微穿孔板阵列具有微穿孔的共振吸声作用，还能够起到反射声波耗能的作用。

2)本实用新型所提供的新型声屏障中，具有周期性阵列的声子晶体空腔包括具有周期性排列的水泥板贴块，水泥板贴块之间形成水泥板间隙；利用声子晶体周期性结构的禁带和带隙特征，将水泥板贴块的数量和形成的水泥板间隙尺寸调整为对一定频率声波(例如100Hz声波)形成阻带，从而抑制控制某一较高声能量的频率(例如抑制100Hz下的声能量)。

3)本实用新型所提供的新型声屏障中，吸声材料填充物和具有粗糙表面的水泥围墙，分别采用高分子复合吸声材料填充空隙和具有粗糙表面、涂有水性阻尼材料的墙面达到耗散声能量，吸声隔声的目的。

4)本实用新型所提供的新型声屏障，基于仿生学的启发，综合了多孔吸声、共振吸声、隔声等原理进行耦合吸声，以降低变电站的噪声。

5)本实用新型所提供的新型声屏障，易于工程实现，能够应用在各种电压等级的变电站厂界上和变压器、高压电抗器Box-in室内墙壁设计上，解决电力噪声污染、扰民等问题，具有广泛的推广使用价值。

附图说明

图1是本实用新型实施例中声屏障的三维结构示意图；

图2是本实用新型实施例中声屏障结构的侧视图；

图3是本实用新型实施例中尖劈式微穿孔板阵列的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中具有周期性阵列声子晶体空腔的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中具有粗糙表面的水泥围墙的结构示意图；

图6是本实用新型实施例中测量的国内某一变电站厂界上的噪声频谱图；

附图标记：1.尖劈式微穿孔板阵列；2.具有周期性阵列的声子晶体空腔；3.吸声材料填充物；4.具有粗糙表面的水泥围墙；5.上部水泥盖板；6.下部水泥盖板；7.金属框架结构；8.水泥板间隙；9.水性阻尼涂料；10水泥板贴块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。

针对现有技术中对变电站的噪声治理只局限在一个方面，无法实现对变电站噪声的综合治理的技术问题。本实用新型提供一种基于仿生学耦合吸声的应用于变电站噪声控制的新型声屏障。

如图1和图2所示，所述声屏障由内向外依次包括尖劈式微穿孔板阵列1、具有周期性阵列的声子晶体空腔2、吸声材料填充物3和具有粗糙表面的水泥围墙4四种子结构；通过设置于所述四种子结构上部的上部水泥盖板5和设置于所述四种子结构下部的下部水泥盖板6将所述四种子结构连接成为整个声屏障。

如图3所示，在本实施例中，所述尖劈式微穿孔板阵列1包括多个尖劈结构，每个尖劈结构均包括一上微穿孔板和一下微穿孔板，所述上微穿孔板和所述下微穿孔板之间的角度范围为10°～80°；所述上微穿孔板和下微穿孔板均镶嵌在金属框架结构7上形成尖劈结构；

所述上微穿孔板和所述下微穿孔板上的微穿孔的孔径大小范围在1mm以下。通过控制所述上微穿孔板和所述下微穿孔板之间的角度能够使声波能够尽可能多的进行反射，从而消耗声能量，控制孔径大小可达到共振吸声的目的。

吸声系数等于或者大于99％的最低频率称为截止频率，根据现有技术的研究及本领域技术人员的经验，截止频率约相当于或稍低于吸声结构长度的四分之一。在本实施例中，根据实际测量的某一1000kV特高压变电站厂界的平均声压级频谱如图6所示可得出，变电站厂界噪声能量主要集中在100Hz-600Hz的频带上，噪声的截止频率为100Hz，且100Hz的声压级最高。在本实施例中，计算出整个声屏障的厚度至少为：

式中：h—为声屏障的厚度；λ—为声波波长；v—为声速(空气中为340m/s)，即，整个声屏障的厚度≥0.85m。

如图6为实地测量的国内某一特高压变电站厂界上的噪声频谱。采用声级计测量，测点每隔5m一个，然后对所有的测点取平均值得到的实地测量结果，测试结果真实可靠。

如图4所示，所述具有周期性阵列的声子晶体空腔2包括具有周期性排列的水泥板贴块10，所述具有周期性排列的水泥板贴块之间为水泥板间隙8。在本实施例中，利用声子晶体周期性结构的禁带和带隙特征，将贴块的数量和形成的空隙尺寸调整为对100Hz声波形成阻带，从而抑制100Hz下的声能量。声子晶体所涉及的带隙主要是基于布拉格散射机理，其出现的频率位置主要受布拉格条件控制，即

式中，d代表声子晶体的晶格尺寸，即水泥板间隙，λ代表弹性波的波长，θ代表入射波与散射平面间的夹角。

因此，要在声子晶体中实现布拉格带隙，其晶格尺寸至少要与弹性波的半个波长大致相当。因此，当噪声的抑制频率为100Hz时，波速为340m/s时，所述水泥板间隙≥1.7m；

当噪声的抑制频率为100Hz时，波速为340m/s，且若入射声波与散射平面间的夹角为90度，即垂直入射时，则100Hz下的贴块间隙为1.7m(波速为340m/s)。

在本实施例中，噪声的抑制频率为100Hz，相应的所述水泥板间隙≥0.17m，但是在其他实施例中并不局限于此，当实际环境中低频噪声的抑制频率为其他数值时，可以根据具体环境中的噪声抑制频率来确定水泥板间隙；具体地，当噪声的抑制频率为500Hz时，波速为340m/s时，则500Hz下的贴块间隙取值≥0.68m。当噪声的抑制频率为500Hz时，波速为340m/s，且若入射声波与散射平面间的夹角为90度，即垂直入射时，则500Hz下的贴块间隙为0.68m。在具体实施方式中，水泥板贴块数量则根据声屏障的长度和宽度来决定。

所述具有周期性阵列的声子晶体空腔2的周期性结构具有带隙特性，即当弹性波在周期性结构中传播时，某些频率范围内的振动不能通过称之为带隙，本实施例中，通过将贴块间隙设置为1.7m左右，所述具有周期性阵列的声子晶体空腔2能够用于对100Hz声波形成阻带，抑制100Hz频率下的声波。

所述吸声材料填充物3用于在空气声、固体声的双重作用下工作；所述吸声材料填充物3包括高分子聚合物吸声棉和铝板基体，所述高分子聚合物吸声棉和铝板基本体结合在一起。优选地，所述高分子聚合物吸声棉和铝板基本体通过混合与填充的方式结合在一起；

所述具有粗糙表面的水泥围墙4的表面粗糙，且在粗糙的表面上涂有一层用于对噪声起到抑制作用的水性阻尼涂料9。

所述具有粗糙表面的水泥围墙4的降噪原理为：所述具有粗糙表面的水泥围墙4的粗糙表面可以增加声波传播过程中能量的耗散作用。

本实施例提供的一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，能够应用在各种电压等级的变电站厂界上和变压器、高压电抗器Box-in室内墙壁设计上，解决电力噪声污染、扰民等问题，从而保护环境。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，由内向外依次包括尖劈式微穿孔板阵列(1)、具有周期性阵列的声子晶体空腔(2)、吸声材料填充物(3)和具有粗糙表面的水泥围墙(4)四种子结构；通过设置于所述四种子结构上部的上部水泥盖板(5)和设置于所述四种子结构下部的下部水泥盖板(6)将所述四种子结构连接成为整个声屏障；

所述尖劈式微穿孔板阵列(1)包括多个尖劈结构，每个尖劈结构均包括一上微穿孔板和一下微穿孔板，所述上微穿孔板和所述下微穿孔板之间的角度范围为10°～80°；所述上微穿孔板和下微穿孔板均镶嵌在金属框架结构(7)上形成尖劈结构；

所述具有周期性阵列的声子晶体空腔(2)包括具有周期性排列的水泥板贴块，所述具有周期性排列的水泥板贴块之间为水泥板间隙。

2.根据权利要求1所述一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，所述上微穿孔板和所述下微穿孔板上的微穿孔的孔径大小在1mm以下。

3.根据权利要求1所述一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，当噪声的截止频率为100Hz时，整个声屏障的厚度≥0.85m。

4.根据权利要求1所述一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，当噪声的抑制频率为100Hz，波速为340m/s，所述水泥板间隙≥1.7m；

其中，当噪声的抑制频率为100Hz，波速为340m/s，且声波90度角垂直入射时，所述水泥板间隙为1.7m。

5.根据权利要求1所述一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，所述吸声材料填充物(3)采用高分子复合吸声材料，用于在空气声、固体声的双重作用下抑制高频噪声；所述吸声材料填充物(3)包括高分子聚合物吸声棉和铝板基体，所述吸声棉和铝板基本体结合在一起。

6.根据权利要求1所述一种基于仿生学耦合吸声的变电站噪声控制新型声屏障，其特征在于，所述具有粗糙表面的水泥围墙(4)的表面粗糙，且在粗糙的表面上涂有一层用于对噪声起到抑制作用的水性阻尼涂料(9)。