DE3047341C2

DE3047341C2 - Stationäre Induktionsvorrichtung

Info

Publication number: DE3047341C2
Application number: DE3047341A
Authority: DE
Inventors: Yasuro Ibaraki Hori; Minoru Kanoi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1980-12-16
Publication date: 1983-08-11
Also published as: DE3047341A1; JPS5910568B2; JPS5687306A; US4371858A

Description

Die Erfindung betrifft eine stationäre Induktionsvorrichtung mit einem Öltank, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher angegeben ist. ,5

Bei Stadtentwicklungen und -ausbauten sind oft Häuser in der Nähe von Schaltstationen und Umspannwerken oder dergleichen gebaut worden; die Lärmverringerung von statischen Induktionsvorrichtungen, die in derartigen Umspannwerken oder Schaltstationen mi eingebaut sind, wird daher mit Nachdruck gefordert. Insbesondere hat der Lärm, der sich im Eisenkern der statischen Induktionsvorrichtung entwickelt, eine hohe Energie, und es sind bislang mehrere präventive Maßnahmen gegen Lärm ergriffen worden. Aus der *-> GB-PS 82 65 01 und aus VDE-Fachberichte 18. 1954 II, ff. sind Transformatorengehäuse bekannt, bei denen zur Schalldämpfung eine Schalldämmwand mittels federnden Dichtungen aufgehängt ist. An der Schallisolationswand sind Zusatzmassen angebracht, um die Schwingungen der Außenwand herabzusetzen. Bei dieser Art der Schalldämpfung erhält das Transformatorgehäuse aber eine große Gesamtmasse.

Beispielsweise ist man daran gegangen, statische Induktionsvorrichtungen mit Schallisolationswänden mit Beton oder Eisenplatten zu umgeben. Di<is führt zu Einrichtungen großer Abmessungen, weiche den Installationsraum und die Kosten erhöhen. Man hat auch bereits Anordnungen getroffen, bei denen eine Schallisolationsplatte auf dem Verstärkungskanal der Tankseitenwand einer statischen Induktionsvorrichtung über einen elastischen Körper aus Gummi oder dergleichen montiert worden ist (EPRI Report EL-529 Research Project 579-1,2-55).

Für eine wirksame Schallisolierung muß jedoch die Federkonstante des elastischen Körpers, der die Schallisolationswand trägt, sehr klein sein.

Die Verkleinerung der Federkonstanten ist begrenzt, da der elastische Körper gleichzeitig mit einer Festigkeit ausgestattet sein muß, die zum Tragen der Schallisolationswand erforderlich ist Somit war es schwierig, eine zufriedenstellende Schallisolationswirkung zu erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine stationäre Induktionsvorrichiung anzugeben, bei der mit vergleichsweise geringen Zusatzmassen ermöglicht wird, die von einem Verstärkungskanal auf eine Schallisolationswand übertragene Schwingung erheblich zu schwächen und den Lärm zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einer stationären Induktionsvorrichtung, die die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale aufweist, nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Weise gelöst.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Erfindung liegt eine genaue Untersuchung des Schwingungssystems einer Schallisolationsplatte zugrunde, die auf dem Verstärkungskanal der Tankseitenwand einer statischen Induktionsvorrichtung über einen elastischen Körper getragen wird. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß der Schallisolationseffekt aufgrund der Verringerung der Federkonstanten des elastischen Körpers seine Grenze hat, so daß eine günstige Lärmverringerung schwierig ist. Angesichts dieses Umstandes bestand die Absicht darin, die effektive Masse m_r* der Schallisolationswand groß zu machen.

Gleichzeitig wurde, um zu verhindern, daß die Gesamtmasse der Schallisolationswand erheblich zui.immt, die effektive Masse m_r ⁺ desjenigen Teiles der Schallisolationswand groß gemacht, auf den die Schwingung zuerst durch den elastischen Körper übertragen wird.

Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Zusatzmasse als kontinuierlich verlaufender Träger ausgebildet ist, und entlang derjenigen Außenkante der Schallisolationswand angebracht ist, an der der elastische Körper montiert ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine Seitenansicht im Schnitt zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht zur Erläuterung der wesentlichen Konstruktion dieser Ausfüh-

rungsform,

F i g. 3 einen Teilschnitt zur näheren Erläuterung der wesentlichen Konstruktion,

F i g. 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 einen Teilschnitt zur Erläuterung einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung,

F i g. 6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung, und in

F i g. 7 einen Schnitt längs der Linie C-Cin F i g. 6.

Um die Schwingung einer Schallisolationswand, die auf einem Verstärkungskanal über einen elastischen Körper getragen wird, drastisch zu verringern, wurde zunächst das Schwingungssystem der Schallisolationswand untersucht Bei der Anordnung einer Schallisolationswand läßt sich die Bewegungsgleichung folgendermaßen schreiben:

[Af] {x) +[C] {x} +[K][X) = A-V

worin

[M]: Massenmatrix

[C] : Dämpfungsmatrix

[K] : Starrheitsmatrix

{.vj : Beschleunigungsvektor

{.Ϋ) : Geschwindigkeitsvektor

{.v} : Verschiebungsvektor

k : Federkonstante der Tragfeder

y : Ausgangsverschiebung.

Durch Lösen der Gleichung (1) läßt sich die Schwingung der Stufe /-durch die nachstehende Gleichung ausdrücken:

wobei

m,

et

kr

[ΦΑ

Qr Qr

q,

\0r)^T

effjktive Masse der Stufe r

(= [0,V[M]Wr)),

Dämpfung der Stufer(= {*,)^r[C] {<£,}),
Federkonstante der Stufe r (=\Φ,)^Τ[Κ]{Φ,)),
charakteristischer Vektor der Stufe r.
Verschiebung der Stufe rin einem Bezugssystem,

Geschwindigkeit der Stufe r im Bezugssystem (d<7,/dr),

Beschleunigung der Stufe r im Bezugssystem (= a²q_rlat^l),

icansponierter Vektor des charakteristischen Vektors der Stufe r.

Die folgende Relation gilt zwischen q_r in Gleichung (2) und {.v} in Gleichung (1):

M =

Wenn (/,aus der Gleichung (2) ausgerechnet und dann in Gleichung (3) eingesetzt wird, so läßt sich der stationäre Zustand in Gleichung (1) durch die nachstehende Gleichung angeben:

wobei

ω: Erreger-Kreisfrequenz (rad/s),

ω_Γ: charakteristische Kreisfrequenz der Stufe /-(rad/s), ζ: Dämpfungsverhältnis.

Wie in Gleichung (4) angegeben, werden zum Zwecke der Schwächung der vom Verstärkungskanal (Fundament) zu übertragenden Schwingung der Schaliisolationswand zwei Methoden ins Auge gefaßt, um k klein und /π,-+ groß zu machen.

Es versteht sich, daß die Schallisolationswand beim oben beschriebenen Stand der Technik dem Fall entspricht, wo die Konstante k der Tragfeder in Gleichung (4) sehr klein gemacht ist, um die Schwingung der Schallisolationswand zu schwächen. Beim herkömmlichen System tritt jedoch das Problem in der praktischen Anwendung auf, wie es oben angegeben worden ist.

Die Erfindung benäht darauf, daC, während die Federkonstante k auf einem geeigneten Wert gehalten wird, der im Hinblick auf die Stärke der Feder erforderlich ist, die effektive Masse m_r ⁺ eines geeigneten Teiles der Schallisolationswand groß gemacht wird.

Wenn sämtliche effektiven Massen m_r+ der verschiedenen Teile groß gemacht sind, wird die Gesamtmasse der Schaliisolationswand groß, und somit muß die Federkonstante k des die Schaliisolationswand tragenden, elastischen Körpers auf einen großen Wert eingestellt werden.

Die große Federkonstante k gibt an, daß die Schwingungen dazu neigen, übertragen zu werden. Um diesen Nachteil zu vermeiden wird die effektive Masse mr⁺ des geeigneten Teiles erhöht, während die Masse der Schaliisolationswand gemindert wird.

Da die Amplitude der Schwingung in einem Teil maximal wird, der dem Schwingungsbai:ch :;iner stehenden Welle der Schwingung entspricht, wird ins Auge gefaßt, die effektive Masse ni_r* nur in diesem Teil zu erhöhen. Diese Maßnahme führt jedoch zu einer Vergrößerung der Masse der Schaliisolationswand, da eine große Anzahl von Schwingungsbauchposilionen wegen des Auftretens einer großen Anzahl von höheren harmonischen Schwingungen auftreten.

Gemäß der Erfindung wird daher die effektive Masse nicht im maximalen Punkt der Schwingung vergrößert, sondern in dem Teil der Schaliisolationswand, auf den die Schwingung zuerst übertragen wird. Dieser »Teil der Schaliisolationswand, auf den die Schwingung zuerst übertragen wird«, ist der Teil der Schaliisolationswand in der Nähe eines Teiles, auf dem der elastische Körper montier* 'St, und ein herumgelegter schwerer Träger oder Träger mit großer Masse ist auf diesem Teil angeordnet worden Infolgedessen ist es möglich geworden, die Schwingung der Schaliisolationswand sehr schwach und den sich entwickelnden Lärm extrem klein zu machen.

Nachstehend sind einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Zunächst soll auf Fig. I Bezug genommen werden, wo ein Öltank 1 für eine statische Induktionsvorrichtung aus einer Seilenwand 2 und einer Vielzahl von Verstärkungskanälen 3 aufgebaut ist, die mit Schweißungen auf der Seitenwand 2 befestigt sind. Der Öltank 1 nimmt ein Hauptteil der statischen Induktionsvorrichtung 4 auf, bestehend aus einem Eisenkern 5 und einer Wicklung 6, und ist mil Isohitionsöl 7 gefüllt, das zur

Isolation und Kühlung dient. Außerdem ist eine Durchführung 8 im oberen Bereich des Öltanks 1 montiert, um die Wicklung 6 mit einer nicht dargestellten, externen Leitung zu verbinden. Ein Schallmantel 9 ist zwischen den Verstärkungskanälen 3 angeordnet. ,

Wie sich aus Fig. 2 und 3 entnehmen läßt, ist der Schallmantel 9 aus einem Isolationsgummiteil 10, der am Umfangsende des Verstärkungskanals 3 befestigt ist, und einer Schallisolationswand 12 aufgebaut, die an dem vom Verstärkungskanal 3 abgelegenen Ende des in Isolationsgummiteiles 10 befestigt und so angeordnet ist. daß sie eine Zelle 11 zwischen sich und der Seitenwand 2 bildet; ferner ist ein herumgelegter schwerer Träger oder Träger von großer Masse 13 vorgesehen, der an der äußeren Umfangskante der π Innenoberfläche der Schallisolationswand 12 montiert ist, d. h. in der Nähe einer Stelle, wo das Isolationsgummiisi! !Q sn der Schiiuisolsuon^wand 12 ^**ί**?ΐ!^σ? ist Solche Schallmäntel 9 sind an geeigneten Stelle /wischen den Verstärkungskanälen 3 des Öltanks 1 >n ungeordnet.

Nachstehend wird die Wirkungsweise näher erläutert. Elektromagnetische Schwingungen, die sich im Eisenkern 5 entwickelt haben, werden von der rechten Seite bei der Darstellung nach F i g. 3 durch das Isolationsöl 7 >·> auf die Seitenwand 2 übertragen. Infolgedessen wird der Öltank 1 einer Biegeschwingung unterworfen. Im allgemeinen ist der Betrag oder die Größe der Schwingung größer in dem Teil der Seitenwand 2, der nicht mit dem Verstärkungskanal 3 versehen ist, als in ω demjenigen Teil, der mit dem Verstärkungskanal 3 ausgerüstet ist. Dementsprechend ist der Lärm, der von dem Teil der Seitenwand 2 erzeugt wird, der nicht mit dem Verstärkungskanal 3 versehen ist lauter, aber der größte Teil des Lärmes wird durch die Schallisolationswand 12 isoliert. In diesem Falle ist es auch möglich, einen Schallabsorptionseffekt zu erreichen, indem man in an sich bekannter Weise Schallabsorptionsmaterial in die Zelle 11 einbringt.

Wenn die Schwingung vom Verstärkungskanal 3 auf die Schallisolationswand 12 übertragen wird, wird diese Schallisolationswand 12 zu einem Schallkörper, wobei ihr Schallisolationseffekt zerstört wird. Die Schwingungsübertragung wird somit verhindert, indem die Schallisolationswand 12 mit einem im allgemeinen elastischen Körper, im Falle der Fig. 3 dem Isolationsgummiteil 10, getragen wird. Wie oben beschreiben, muß jedoch beim Stande der Technik die Federkonstante des Isolationsgummiteiles 10 sehr klein gemacht werden und h~* eine unzulängliche Praktikabilität besessen.

Im Gegensatz dazu ist beim vorliegenden Beispiel der Träger großer Masse 13 in der Nähe der Stelle der Schallisolationswand 12 angeordnet, auf dem das Isolationsgummitei! 10 montiert ist. so daß die Schwingung der Schallisolationswand 12 in zufriedenstellender Weise auch dann verringert werden kann, wenn das Isolationsgummiteil 10 mit einer im Hinblick auf die Stärke oder Festigkeit praktikablen Federkonstante verwendet wird. bO

Die in Fig.4 dargestellten Kurven sind erhalten worden, indem tatsächlich die Wirkung des oben beschriebenen Beispiels gemessen hat, wobei die Schwingungsübertragungsverhältnisse gegenüber der Schwingungsfrequenz aufgetragen sind. Bei der Messung waren nicht dargestellte Spulen zum Abtasten der Schwingungen jeweils auf im wesentlichen mittleren Teilen des Verstärkungskanals 3 und der Schallisolationswand 12 installiert. Das Verhältnis zwischen den Werten von Signalen, die von zwei Abtastspulen geliefert wurden, wurden als Schwingungsübertragungsverhältnis genommen. Außerdem wurden gleiche Federkonstanten für den Stand der Technik und für das vorliegende Beispiel veranschlagt. Wie in F i g. 4 dargestellt, zeigte eine Anordnung nach dem Stande der Technik in einem Frequenzband von elektromagnetischen Schwingungen zwischen 100 Hz und 200 Hz ein Schwingungsübertragungsverhältnis mit einem hohen Wert von 10, wie es durch die Kurve X angegeben ist, während beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das Srhwingungsübertragungsverhältnis höchstens einen Faktor von I, besaß, wie es durch die Kurve Y angegeben ist; mit anderen Worten, die Schwingung der Schallisolationswand 12 erhielt den gleichen Wert wie die Schwingung des Verstärkungskanals 3 beim Maximum der vorherigen Schwingung. Auf diese Weise zeigt sich, daß die erfindungsgemäße Anordnung in hohem Maße wirksam ist.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Bei diesem Beispiel wird Zement 15, der in einen leeren Kasten 14 hineingestopft wird, als herumgelegter Träger großer Masse oder schwerer Träger verwendet. Verglichen mit derm herumgelegten Träger großer Masse nach Fig. 3 hat somit der herumgelegte Träger ' großer Masse bei diesem Ausführungsbeispiel ein etwas größeres Volumen, ist jedoch in kostenmäßiger Hinsicht vorteilhafter.

F i g. 6 und 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. In diesem Falle werden eine Blattfeder 16 als elastischer Körper und ein Träger großer Masse, der in eine Vielzahl von Blöcken 17 unterteilt ist. als herumgelegter Träger großer Masse oder schwerer Träger verwendet. Die den unterteilten Träger großer Masse bildenden Blöcke 17 sind auf der äußeren Umfangskante der Außenoberfläche der Schallisolationswand 12 in einer Weise angeordnet, daß sie gleichmäßig verteilt sind. Dementsprechend wird bei diesem Beispiel der gleiche SchaUisolationseffekt wie bei den oben beschriebenen Beispielen erreicht.

Als elastische Körper können beliebige gewickelte Federn, Metallbälge usw. verwendet werden.

Wie oben erläutert, kann gemäß der Erfindung wegen der Wirkung des herumgelegten Trägers von ^roßer Masse, der in der Nähe des Teiles der Schallisolationswand angeordnet ist, auf der der elastische Körper montiert ist, die vom Verstärkungskanal zur Schallisolationswand übertragene Schwingung drastisch geschwächt werden, um den Lärm auch dann zu unterdrücken, wenn der elastische Körper eine Federkonstante innerhalb eines praktikablen Bereiches aufweist.

Mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion läßt sich der Lärm in wirksamer Weise verringern, während gleichzeitig eine zufriedenstellende Tragfestigkeit des Tragteils der Schallisolationswand gegeben ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

H) 20 Patentansprüche:

1. Stationäre Induktionsvorrichtung mit einem Öltank (1), der einen Hauptteil der stationären Induktionsvorrichtung (4) aufnimmt, mit einer Vielzahl von Verstärkungskanälen (3), die auf einer Seitenwand des Öltanks (1) angeordnet sind, und mit einer Schallisolationswand (12), die über einen elastischen Körper (10) von einem Verstärkungskanal (3) getragen wird, und an der eine oder mehrere Zusatzmassen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse als kontinuierlich verlaufender Träger (13) ausgebildet und entlang derjenigen Außenkante der Schallisolationswand (12) angeordnet ist, an der der elastische Körper (10) montiert ist

Z Stationäre Induktionsvorrichtung mit einem Öltank (1), der einen Hauptteil der stationären Induktionsvorrichtung (4) aufnimmt, mit einer Vielzahl von Verstärkungskanäien (3), die auf einer Seitenwand des Öltanks (1) angeordnet sind, und mit einer Schallisolationswand (12), die über einen elastischen Körper (10) von einem Verstärkungskanal (3) getragen wird, und an der eine oder mehrere Zusatzmassen angebracht find, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse als Teil der Schallisolationswand (12) derart ausgebildet ist, daß derjenige Teil der Schallisolationswand (12), der an die Außenkante angrenzt, an der der elastische Körper j₀ montiert ist, eine größere Masse besitzt als ein mittlererTeilderSchallisola'^;onswand(12).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (13)--^itlang der gesamten Außenkante der Schallisolationswand (12) verläuft, an der der elastische Körper (10) montiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse desjenigen Teils der Schallisolationswand (12), an dem der elastische Körper (10) montiert ist, in jedem Punkt eine größere Masse als der Mittelteil der Schallisolationswand (12) besitzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse desjenigen Teils der Schallisolationswand (12), an dem der elastische Körper (10) montiert ist, an einzelnen Punkten eine größere Masse als der Mittelteil der Schallisolationswand (12) besitzt.

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