一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置的制作方法

1.本发明涉及噪声控制领域，具体涉及一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置。


背景技术：

2.随着我国经济社会的快速发展，用电负荷不断增长，不同电压等级变电站和电力系统末端居民区中变配电间内的变压器总数累计达数千万台，变配电间内噪声级较高。
3.研究表明，变压器等电力设备的本体噪声主要来自磁致伸缩、电致伸缩噪声，呈现明显的低频有调特性，在50hz的2次、4次(100hz和200hz)等谐波频率上的声能量占总辐射声能的90％以上。为降低户内变电站变压器室和居民区内变配电间内噪声，可采用吸声技术降低室内反射声，如使用多孔吸声材料(如玻璃棉、岩棉等)、共振吸声结构(如薄板、薄膜共振吸声结构等)。
4.多孔吸声材料适合于吸收中高频噪声，对低频声的吸声系数非常低，共振吸声结构适用于吸收中低频噪声，对频率较低的100hz、200hz噪声吸声系数仍较低。
5.另外，公开号为cn111785520a的专利说明书中公开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。公开号为cn110767446a的专利说明书中公开了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。上述两种方案对频率较低的100hz、200hz噪声吸声系数仍较低。
6.因此，有必要研发一种高效吸收变配电间内100hz，200hz低频噪声的装置，降低变配电间内噪声污染。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置。该装置可高效吸收电力设备辐射的低频噪声，特别是声能量占主导的100hz、200hz噪声。
8.一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置，所述装置由一种或多种不同的吸声单元在空间排列组合而成，所述装置包括100hz吸声单元，所述100hz吸声单元包括相贴合的第一面板和第一迷宫层；所述第一迷宫层包括第一框架，所述第一框架的内部被第一隔板分隔形成第一回旋式迷宫通道，所述第一面板中间设置有第一穿孔。
9.作为优选，所述第一迷宫层的厚度为32mm
±
5mm；所述第一穿孔的直径为3mm
±
1mm；所述第一回旋式迷宫通道的转弯角均为直角，第一回旋式迷宫通道的中心线长度为680mm
±
50mm，第一回旋式迷宫通道的宽度为13mm
±
3mm。
10.作为优选，所述装置还包括200hz吸声单元，所述200hz吸声单元包括相贴合的第二面板和第二迷宫层；所述第二迷宫层包括第二框架，所述第二框架的内部被第二隔板分隔形成第二回旋式迷宫通道，所述第二面板中间设置有第二穿孔；
11.所述第二迷宫层的厚度为20mm
±
4mm；所述第二穿孔的直径为3mm
±
1mm；所述第二
回旋式迷宫通道的转弯角均为直角，第二回旋式迷宫通道的中心线长度为320mm
±
30mm，第二回旋式迷宫通道的宽度为13mm
±
3mm。
12.仿真计算结果表明，在100hz处，所述100hz吸声单元归一化表面声抗im(zs/z0)趋于0，归一化表面声阻re(zs/z0)趋于1，表明结构的声阻抗与空气的声阻抗相匹配，大部分声能量进入到结构内部。在上述100hz频率处，进入到100hz吸声单元内部的声能量将在对应通道内聚集并产生fp共振。在200hz处，所述200hz吸声单元归一化表面声抗im(zs/z0)趋于0，归一化表面声阻re(zs/z0)趋于1，表明结构的声阻抗与空气的声阻抗相匹配，大部分声能量进入到结构内部。在上述200hz频率处，进入到200hz吸声单元内部的声能量将在对应通道内聚集并产生fp共振。
13.为阐明结构fp共振的声能耗散机制，进一步仿真计算了100hz，200hz处迷宫通道内声压级和空气质点速度分布，在100hz，200hz吸声单元吸声峰处，声能量分别被局域在通道内部，且对应迷宫通道入口处声压级与其末端处声压级存在较大的梯度。由于空气质点的振动速度u和声压p的梯度成正比，即因此对应通道内的空气振动速度将急剧增大。考虑到空气在通道壁面附近存在热粘性损耗，强烈的空气振动将使得局域在通道内的声能被转化为热能而损耗，从而实现准完美吸声。
14.迷宫层高度、迷宫通道宽度等结构参数通过改变系统的损耗因子和泄露因子的平衡，影响结构吸声性能，其中，所述100hz吸声单元第一迷宫层厚度优选32mm
±
5mm，通道净宽度优选13mm
±
3mm；所述200hz吸声单元第二迷宫层厚度优选20mm
±
4mm，通道净宽度优选13mm
±
3mm，结构接近临界耦合状态，吸声性能最佳。
15.作为优选，相邻所述100hz吸声单元两两配对、相邻所述200hz吸声单元两两配对或相邻所述100hz吸声单元与200hz吸声单元两两配对，相配对的吸声单元通过位于回旋式迷宫通道末端的框架上的通孔连通，所述通孔的横截面最大宽度不超过回旋式迷宫通道宽度的30％。
16.回旋式迷宫形通道末端对应框架间设有一通孔导致通道末端声阻抗发生变化，控制通孔横截面最大宽度占通道净宽度的30％以下，使得大部分声能量被反射，小部分声能量能透射到所配对吸声单元的迷宫型通道内。透射声经通孔进入所配对的吸声单元，等效地延长了通道长度，从而提高100hz或200hz以下的低频吸声量，在确保100hz和200hz吸声效果的同时，拓宽吸声频带。
17.作为优选，所述装置还包括亥姆霍兹共振吸声单元，所述亥姆霍兹共振吸声单元包括相贴合的第一穿孔板和空腔层。所述亥姆霍兹共振器共振频率在500hz以下，从而拓宽吸声频带，提高吸声系数。
18.作为优选，所述装置还包括阻性吸声单元，所述阻性吸声单元包括相贴合的第二穿孔板和多孔吸声材料层。多孔吸声材料层利用孔隙内空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦等做功损耗声能，具有很好的中高频吸声性能和较宽的吸声频带，从而提高中高频吸声系数，拓宽吸声频带。
19.作为优选，所述阻性吸声单元与100hz吸声单元、200hz吸声单元和亥姆霍兹共振吸声单元位于同一平面内，或位于100hz吸声单元、200hz吸声单元和亥姆霍兹共振吸声单
元正上方。
20.作为优选，所述100hz吸声单元、200hz吸声单元、亥姆霍兹共振吸声单元和阻性吸声单元均包括分别与第一迷宫层、第二迷宫层、空腔层和多孔吸声材料层相贴合的底板。
21.作为优选，所述100hz吸声单元、200hz吸声单元、亥姆霍兹共振吸声单元和阻性吸声单元的截面均呈矩形。
22.本发明的有益效果：
23.本发明所设计的一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置，在吸声装置中集成有100hz吸声单元、200hz吸声单元、亥姆霍兹共振吸声单元和阻性吸声单元，在确保对100hz或200hz高效吸收(接近完美吸声)的同时，实现宽频吸声。
附图说明
24.图1为本发明实施例1的结构示意图；
25.图2为本发明实施例1第一迷宫层的结构示意图；
26.图3为本发明100hz吸声单元侧视图；
27.图4为本发明100hz吸声单元的结构示意图；
28.图5为本发明100hz吸声单元第一迷宫层的结构示意图；
29.图6为本发明100hz吸声单元第一迷宫层的俯视图；
30.图7为本发明100hz吸声单元吸声系数仿真计算结果示意图；
31.图8为本发明实施例2的结构示意图；
32.图9为本发明实施例2第二迷宫层的结构示意图；
33.图10为本发明200hz吸声单元侧视图；
34.图11为本发明200hz吸声单元的结构示意图；
35.图12为本发明200hz吸声单元第二迷宫层的结构示意图；
36.图13为本发明200hz吸声单元第二迷宫层的俯视图；
37.图14为本发明200hz吸声单元吸声系数仿真计算结果示意图；
38.图15为本发明实施例3的结构示意图；
39.图16为本发明实施例4的结构示意图。
具体实施方式
40.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。
41.实施例1
42.如图1和2所示，一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置，该装置由16个100hz吸声单元1排列而成。
43.如图3-6所示，100hz吸声单元1为夹层板结构，由依次贴合的第一面板11、第一迷宫层12和第一底板13组成，其中第一底板13为可选项。100hz吸声单元1横截面为正方形；第一迷宫层12厚度d1为32mm
±
5mm；第一面板11朝向声入射侧，中间穿1个孔p1，穿孔直径为
3mm
±
1mm；第一迷宫层12包括第一框架121，第一框架121的内部被第一隔板122分隔形成第一回旋式迷宫通道，通道转弯角均为直角，通道中心线长度为680mm
±
50mm,通道净宽度r1为13mm
±
3mm。
44.相邻的100hz吸声单元1两两配对，在配对吸声单元迷宫形通道末端对应框架间设有一通孔s1，该通孔s1横截面最大宽度占通道净宽度的30％以下。该通孔s1导致通道末端声阻抗发生变化，控制通孔s1横截面最大宽度占通道净宽度的30％以下，使得大部分声能量反射，小部分声能量透射至所配对的吸声单元内。透射声经通孔进入所配对的吸声单元，等效地延长了通道长度，从而提高100hz以下的低频吸声量，在确保100hz吸声效果的同时，拓宽吸声频带。
45.为验证本吸声单元的吸声性能，采用comsol对100hz吸声单元1进行仿真计算，计算结果见图7。由图7可知，100hz吸声单元1在中低频范围内具有良好的吸声性能，在100hz附近具有较高的吸声系数，吸声系数大于0.95，可见，该吸声单元在100hz上有非常好的吸声效果。
46.实施例2
47.如图8和9所示，一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置，该装置由16个200hz吸声单元2排列而成。
48.如图10-13所示，200hz吸声单元2为夹层板结构，由依次贴合的第二面板21、第二迷宫层22和第二底板23组成，其中第二底板23为可选项。200hz吸声单元2横截面为正方形；第二迷宫层12厚度d2为20mm
±
4mm；第二面板21朝向声入射侧，中间穿1个孔p2，穿孔直径为3mm
±
1mm；第二迷宫层22包括第二框架221，第二框架221的内部被第二隔板222分隔形成第二回旋式迷宫通道，通道转弯角均为直角，通道中心线长度为320mm
±
30mm,通道净宽度r2为13mm
±
3mm。
49.相邻的200hz吸声单元2两两配对，在配对吸声单元迷宫形通道末端对应框架间设有一通孔s2，该通孔s2横截面最大宽度占通道净宽度的30％以下。该通孔s2导致通道末端声阻抗发生变化，控制通孔s2横截面最大宽度占通道净宽度的30％以下，使得大部分声能量反射，小部分声能量透射至所配对的吸声单元内。透射声经通孔进入所配对的吸声单元，等效地延长了通道长度，从而提高200hz以下的低频吸声量，在确保200hz吸声效果的同时，拓宽吸声频带。
50.为验证本吸声单元的吸声性能，采用comsol对200hz吸声单元2进行仿真计算，计算结果见图14。由图14可知，200hz吸声单元2在中低频范围内具有良好的吸声性能，在200hz附近具有较高的吸声系数，吸声系数大于0.95，可见，该吸声单元在200hz上有非常好的吸声效果。
51.实施例3
52.如图15所示，一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置，该装置由18个100hz吸声单元1、18个200hz吸声单元2和18个亥母霍兹吸声单元3组成。
53.100hz吸声单元1和200hz吸声单元2配对，透射声经通孔进入所配对的吸声单元，等效地延长了通道长度，从而提高低频吸声量，在确保100hz、200hz吸声效果的同时，拓宽吸声频带。
54.亥姆霍兹共振吸声单元3由依次贴合的第一穿孔板、空腔层和底板组成，亥姆霍兹
共振器共振频率在500hz以下，从而拓宽吸声频带，提高吸声系数。
55.实施例4
56.本实施例在实施例3的基础上增加了阻性吸声单元4，阻性吸声单元4为夹层板结构，由依次贴合的第二穿孔板、多孔吸声材料层和底板组成，阻性吸声单元4叠施在100hz吸声单元1、200hz吸声单元2和亥姆霍兹共振吸声单元3上面，从而提高中高频吸声系数，拓宽吸声频带。
57.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。