WO2022262301A1 - 一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置 - Google Patents
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Definitions
- Patent document CN111785520A discloses a noise reduction device suitable for power capacitors, which reduces the noise radiation noise by setting a fully enclosed vibration-damping casing, and setting a sponge layer and a vacuum tube inside the casing.
- the noise-absorbing structure is arranged on two sides of the long side of the capacitor housing, wherein small fans are equidistantly arranged on one side of the noise-absorbing structure, and the distance between two adjacent small fans is several unit widths; the small The fan is arranged at the opening of the perforated plate on the side of the noise reduction unit facing away from the capacitor case, and the exhaust direction of the small fan is facing away from the capacitor case.
- the openings on the first perforated plate and the second perforated plate are both circular in shape and consistent in size, so as to avoid the airflow regeneration noise caused by the uneven gap between the small fan and the edge of the perforated hole.
- the sound insulation device is provided for a single capacitor or integrated for multiple adjacent capacitors.
- the material of the present invention is made of a metal with a high thermal conductivity, and a heat dissipation fan is installed in part of the noise reduction unit, which can ensure that the filter capacitor has good heat dissipation conditions.
- the unit thickness of the device is only 2 to 3 cm, the device is small in size and light in weight, and has good engineering application prospects.
- the purpose of the present invention is to provide a sound insulation device suitable for filter capacitors in converter stations, so as to solve the problems existing in the prior art.
- the two sound-absorbing and insulating units 21 in the sound-absorbing and insulating structure 2 located on the top of the capacitor 1 housing are replaced with the sound-absorbing unit 31, so that a natural contrast is formed inside the sound-insulating device. fluid condition.
- the sound wave When the sound wave is incident on the sound-absorbing and insulating unit or the sound-absorbing unit, the sound wave enters the folded channel of the middle labyrinth along the opening of the panel or perforated plate, because the sound path difference experienced by the sound wave at the end of the folded channel and returns to the opening is exactly It is 1/2 of the wavelength corresponding to the target frequency, and the sound wave of this frequency produces destructive interference at the opening of the panel or perforated plate. Therefore, the acoustic energy at the opening position of the panel or perforated plate is very small, and most of the acoustic energy is collected inside the folded channel.
- thermoviscous loss Due to the thermoviscous loss in the process of sound wave propagating in the folded channel, the acoustic energy accumulated in the folded channel is converted into heat energy And loss, so as to realize the efficient sound absorption of the target frequency noise, and then produce a higher sound insulation.
- COMSOL Multiphysics 5.5 was used to simulate and calculate the sound absorption and insulation unit 21, and the calculation results are shown in Figures 8 and 9. It can be seen from Fig. 8 that the sound absorption and insulation structure 2 has high sound absorption coefficients at 400Hz, 500Hz, 600Hz and 700H, and the sound absorption coefficients are all greater than 0.9. It can be seen from Figure 9 that the sound absorption and insulation structure 2 has significantly improved the sound insulation performance compared with the mass law curve at 400Hz, 500Hz, 600Hz and 700Hz, and the improvement is 4-8dB. It can be seen that the sound absorption and insulation structure 2 can effectively reduce the noise of the transformer. Several acoustically significant harmonic components.
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Abstract
本发明中公开了一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，包括设置在电容器壳体顶部、底部及其中一组相对侧面的吸隔声结构，和设置在电容器壳体另一组相对侧面的消声结构；所述吸隔声结构由阵列分布的吸隔声单元组成，吸隔声单元包括依次贴合的第一面板、中间迷宫层和第二面板，靠近电容器壳体一侧的面板上设置有穿孔；所述中间迷宫层包括框架，所述框架的内部空间被隔板分隔成若干条共平面的折叠通道，若干条所述折叠通道在框架的中心区域相互连通，所述中心区域正对所述穿孔的位置。本发明可在保证滤波电容器散热性能的同时，大幅降低其声能显著的多个谐波噪声，具有较好的工程应用前景。
Description
本发明涉及吸声和隔声技术领域，具体涉及一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置。
近年来，随着高压直流输电电压等级的不断提高，换流站中电力设备在数量和容量上不断增加，其辐射的低频噪声污染问题备受公众关注。在高压直流输电系统中，为吸收整流和逆变过程中产生的大量谐波电流，需要配置大量的滤波电容器。这些电容器在谐波电流激励下将产生较大噪声，考虑到换流站中配置的滤波电容器数量多、密度大、且常被安装于较高的电容器塔架上，其噪声目前已成为换流站噪声的主要来源之一。
为降低电容器辐射噪声，黄国兴等人通过在电容器顶面(套管侧)和底面分别增设微穿孔板共振吸声结构降低电容器辐射的噪声。然而，微穿孔板共振吸声结构通常要求较大的背腔实现中低频吸声，且其吸声带宽较窄，不足以覆盖电容器噪声的几个主要的谐波频率。专利文献CN111785520A公布了一种适用于电力电容器的降噪装置，通过设置全封闭式减振外壳，并在外壳内设置海绵层和真空管降低其噪声辐射噪声。然而，由于海绵的散热能力很差，尽管其提出在电容器内部设置散热装置，但实现方式过于复杂，且内部空间封闭无法形成有效对流，该装置的散热效果不佳。专利文献CN110767446A公布了一种电力滤波电容器降噪装置以及降噪方法，包括分别安装在电容器壳体顶部的隔声罩和安装在其底部的吸声腔结构。然而，该装置只对电容器顶部和底部作隔声处理，尽管电容器顶部和底部相比侧面所辐射的噪声声压级更高，但由于电容器侧面具有更大的声辐射面积，其辐射的声能量仍较大，故该装置的整体隔声量不高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，在兼顾通风散热的同时，实现高效隔声。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，包括设置在电容器壳体顶部、底部及其中一组相对侧面的吸隔声结构，和设置在电容器壳体另一组相对侧面的消声结构；
所述吸隔声结构由阵列分布的吸隔声单元组成，所述吸隔声单元包括依次贴合的第一面板、中间迷宫层和第二面板，靠近电容器壳体一侧的面板上设置有穿孔；所述中间迷宫层包括框架，所述框架的内部空间被隔板分隔成若干条共平面的折叠通道，若干条所述折叠通道在框架的中心区域相互连通，所述中心区域正对所述穿孔的位置。
所述消声结构由阵列分布的消声单元组成，所述消声结构包括依次贴合的第一穿孔板、所述的中间迷宫层和第二穿孔板；消声单元的中间迷宫层与吸隔声单元的中间迷宫层结构完全相同。
优选地，位于所述电容器壳体的顶部的吸隔声结构中设置有若干个等间距布置的所述消声单元。即设置在电容器壳体顶部的部分吸隔声单元替换为消声单元，使得隔声装置内部可通过自然对流进行散热，以增强电容器的散热能力，替换的单元数量为吸隔声单元总数的若干分之一。
优选地，所述中间迷宫层内位于中心区域同侧的相邻折叠通道相互缠绕；各折叠通道的宽度相同。
优选地，所述消声结构设置在电容器壳体长边的两个侧面，其中一侧消声结构上等间距设有小型风扇，相邻两个小型风扇间距为若干个单元宽度；所述小型风扇设置在位于消声单元背向电容器壳体侧的穿孔板的开孔处，小型风扇的排风方向为背向电容器壳体方向。
优选地，所述第一穿孔板和第二穿孔板上的开孔形状均为圆形，且尺寸一致，以避免由于小型风扇与其所在穿孔的边缘间隙不均匀导致的气流再生噪声
优选地，所述吸隔声结构和消声结构与电容器壳体间留有空腔，所述空腔深度不小于2cm，以减小通过电容器壳体振动传递的结构声。
优选地，所述吸隔声结构和消声结构材质均为导热系数较高的金属，以提高电容器的散热能力。
优选地，所述隔声装置针对单台电容器设置或针对相邻多台电容器一体化设置。
本发明的有益效果：
(1)本发明根据换流站滤波电容器噪声频率特性曲线，针对性设计周期性单元结构，可有效降低电容器辐射的噪声。
(2)本发明材质选用导热系数较高的金属，且在部分消声单元内设置散热风扇，可保证滤波电容器具有良好的散热条件。
(3)本装置单元厚度仅2～3cm，装置体积小，质量轻，具有较好的工程应用前景。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为换流站滤波场中电容器的典型噪声频谱；
图2为本发明实施例中适用于换流站滤波电容器的隔声装置整体安装示意图；
图3为本发明实施例中吸隔声结构的整体结构示意图；
图4为本发明实施例中吸隔声单元的结构示意图；
图5为本发明实施例中吸隔声单元的中间迷宫层的示意图；
图6为本发明实施例中消声单元的结构示意图；
图7为图2中的局部A的放大图；
图8为本发明实施例中吸隔声结构吸声系数仿真计算结果；
图9为本发明实施例中吸隔声结构隔声量仿真计算结果。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的 范围。
本发明的目的是提供一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，以解决现有技术存在的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本实施例中的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，如图2所示，一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，包括设置在滤波电容器1壳体外侧的吸隔声结构2和消声结构3，其中，吸隔声结构3设置在电容器1壳体的顶部(套筒侧)、底部和短边的两个侧面，消声结构3设置在电容器1壳体长边的两个侧面。吸隔声结构2和消声结构3与电容器1壳体之间留有空腔，空腔深度为3cm。
如图3～7所示，吸隔声结构2由矩形阵列分布的吸隔声单元21组成，每个吸隔声单元21包括依次贴合的第一面板211、中间迷宫层212和第二面板213，靠近电容器1壳体一侧的面板中心处设置有方形穿孔；中间迷宫层212外框为封闭的矩形框架，框架内部空间被多个隔板分隔成四条共平面的折叠通道，四条折叠通道均以框架正中心区域为起始，以折叠通道末端隔板为终点，四条通道在中心区域交汇，位于中心区域同侧的相邻两条折叠通道相互缠绕；中心区域对应方形穿孔位置。
吸隔声单元21的长和宽均为d，d＝90mm，第一面板211和第二面板213厚度均为h，h＝1mm，中间迷宫层212厚度H为20mm，靠近电容器1壳体一侧的面板中心的方形穿孔的边长a为20mm。中间迷宫层212的四条折叠通道宽度w均为8mm，通道1、通道2、通道3和通道4的长度分别为l 1＝127mm、l 2＝137mm、l 3＝169mm、l 4＝208mm。
消声结构3由矩形阵列分布的消声单元31组成，消声单元31包括依次贴合的第一穿孔板311、中间迷宫层312和第二穿孔板313；其中，消声单元31的中间迷宫层312与吸隔声单元21的中间迷宫层212结构完全一致，第一穿孔板311和第二穿孔板313上的开孔形状均为圆形，且孔径均为20mm；第一穿孔板311和第二穿孔板313的厚度均为1mm。
其中一侧消声结构3上等间距设有小型风扇4，相邻两个小型风扇4间距为180mm。小型风扇4具体设置在消声单元31背向电容器1壳体侧 的穿孔板的开孔处，小型风扇4排风方向为背向电容器1壳体方向。
本实施例中，为进一步增强电容器的散热能力，位于电容器1壳体的顶部的吸隔声结构2中的两个吸隔声单元21替换为消声单元31，使隔声装置内部形成自然对流体条件。同时，吸隔声结构2和消声结构3的材质均选用导热性能良好的铝合金，具体材料参数如下，密度ρ＝2730kg/m 3；杨氏模量E＝69Gpa；泊松比v＝0.33。
根据换流站内滤波场中电容器的噪声频谱特性，如图1所示，电容器辐射的噪声主要为中低频噪声，且具有明显的谐波特性，尤其是400Hz、500Hz、600Hz和700Hz谐波上声能显著。为此，以400Hz、500Hz、600Hz和700Hz为目标频率，设计吸隔声单元和消声单元的中间迷宫层四条折叠声通道的长度。每条折叠声通道的长度分别为目标频率对应波长的1/4。当声波入射到吸隔声单元或消声单元上时，声波沿面板或穿孔板开口处进入中间迷宫层的折叠通道中，由于声波在折叠通道末端反射并返回至开口处所经历的声程差正好为目标频率对应波长的1/2，该频率声波在面板或穿孔板开口处产生相消干涉。因此，面板或穿孔板开口位置处声能量很小，大部分声能量聚集在折叠通道内部，由于声波在折叠通道内传播过程中存在热粘性损耗，聚集在折叠通道内的声能量被转化为热能而损耗掉，从而实现对目标频率噪声的高效吸声，进而产生较高的隔声量。
为验证吸隔声结构的吸隔声性能，采用COMSOL Multiphysics 5.5对吸隔声单元21进行仿真计算，计算结果见图8和图9。由图8可知，吸隔声结构2在400Hz、500Hz、600Hz和700H具有较高的吸声系数，吸声系数均大于0.9。由图9可知，吸隔声结构2在400Hz、500Hz、600Hz和700Hz相比质量定律曲线隔声量有明显提高，提升量为4～8dB，可见，该吸隔声结构2可有效降低变压器噪声中几个声能显著的谐波成分。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
- 一种适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：包括设置在电容器壳体顶部、底部及其中一组相对侧面的吸隔声结构，和设置在电容器壳体另一组相对侧面的消声结构；所述吸隔声结构由阵列分布的吸隔声单元组成，所述吸隔声单元包括依次贴合的第一面板、中间迷宫层和第二面板，靠近电容器壳体一侧的面板上设置有穿孔；所述中间迷宫层包括框架，所述框架的内部空间被隔板分隔成若干条共平面的折叠通道，若干条所述折叠通道在框架的中心区域相互连通，所述中心区域正对所述穿孔的位置。
- 根据权利要求1所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述消声结构由阵列分布的消声单元组成，所述消声单元包括依次贴合的第一穿孔板、所述的中间迷宫层和第二穿孔板。
- 根据权利要求2所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：位于所述电容器壳体的顶部的吸隔声结构中设置有若干个等间距布置的所述消声单元。
- 根据权利要求1或2所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述中间迷宫层内位于中心区域同侧的相邻折叠通道相互缠绕；各所述折叠通道的宽度相同。
- 根据权利要求2所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述消声结构设置在电容器壳体长边的两个侧面，其中一侧消声结构上等间距设有小型风扇，所述小型风扇设置在位于消声单元背向电容器壳体侧的穿孔板的开孔处，所述小型风扇的排风方向为背向电容器壳体 方向。
- 根据权利要求2或5所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述第一穿孔板和第二穿孔板上的开孔形状均为圆形，且尺寸一致。
- 根据权利要求1所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述吸隔声结构和消声结构与电容器壳体间留有空腔，所述空腔深度不小于2cm。
- 根据权利要求1所述的适用于换流站滤波电容器的隔声装置，其特征在于：所述隔声装置针对单台电容器设置或针对相邻多台电容器一体化设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22823794 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 22823794 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |