一种用于户内变电站的被动式自相消消声器及其设计方法与流程

1.本发明属于户内变电站噪声控制技术领域，特别涉及一种用于户内变电站的被动式自相消消声器及其设计方法。

背景技术：

2.户内变电站将变压器等重要声源设备置于建筑内部，通过主动或被动方式进行散热，户内变电站散热用进风口、出风口都是声隔离薄弱环节，容易在这些部位发生声泄漏，进而影响厂界及周围敏感点噪声的大小。
3.鉴于上述问题，目前常用的方法是在进风口、出风口加装消声器，以达到降低风口漏声对外界影响的目的；然而，传统经典的消声器主要利用内部高性能吸声材料将内部声能量转换为热能耗散，对高频噪声具有非常好的吸收控制效果，对低频噪声控制效果一般；变电站重要噪声源设备受工频影响，其噪声特点呈现出明显的低频线谱噪声特性，且线谱频率以工频倍频为主。综上所述，目前在户内变电站主变室消声中存在低频噪声控制不佳的技术问题；另外，低频噪声控制困难也是目前减振降噪领域研究的一个重要关注方向。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于户内变电站的被动式自相消消声器及其设计方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的消声器可解决经典消声器及其它现有降噪措施低频控制效果不佳的技术问题；本发明提供的消声器中，可实现户内变电站噪声的自相消，实现排放噪声高效控制。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，包括：消声管道；
7.所述消声管道通过隔板分隔为第一消声管和第二消声管；
8.所述第一消声管和所述第二消声管的入口分别用于输入同相的待消声声波；所述第一消声管和所述第二消声管的出口分别用于输出第一声波和第二声波；其中，所述第二消声管内设置有若干调相导流片；所述第一声波和所述第二声波的相位相差180
°
；所述第一消声管和所述第二消声管的出口相连通，用于基于所述第一声波和所述第二声波的反相位叠加实现声波自相消。
9.本发明的进一步改进在于，所述第一消声管为w型消声管；所述第二消声管为内置若干调相导流片的异型消声管。
10.本发明的进一步改进在于，所述第一消声管内的声道距离l1和所述第二消声管内的声道距离l2的表达式为，
11.式中，n为大于等于0的整数；f
目标
为低频待消声目标频率；c＝343m/s为空气中声速。
12.本发明的进一步改进在于，所述第一消声管和所述第二消声管的入口均与所述消
声管道的入口相连通；
13.所述消声管道的入口沿声音传播方向依次设置有入口格栅和入口吸声格。
14.本发明的进一步改进在于，所述第一消声管和所述第二消声管的出口均与所述消声管道的出口相连通；
15.所述消声管道的出口沿声音传播方向依次设置有出口吸声格和出口格栅。
16.本发明的进一步改进在于，所述出口吸声格和所述出口格栅之间设置有出口声挡板。
17.本发明的进一步改进在于，所述消声管道的外壁设置有若干平整填块。
18.本发明提供的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器的设计方法，包括以下步骤：
19.步骤1，根据户内变电站噪声特性确定低频待消声目标频率f
目标
；
20.步骤2，初始设定所述第一消声管内的声道距离；
21.步骤3，基于所述第一消声管内的声道距离，根据确定所述第二消声管内的声道距离；式中，n为大于等于0的整数；f
目标
为低频待消声目标频率；c＝343m/s为空气中声速；
22.步骤4，根据通风散热需求确定最小通风面积s，并初始设定第一消声管的管道面积s1和第一消声管的管道面积s2；计算获得消声器的传递损失，计算表达式为，
[0023][0024]
式中，s＝s1+s2；为声波波数，f
目标
为低频待消声目标频率；l1为第一消声管内的声道距离；l2为所述第二消声管内的声道距离l2；
[0025]
步骤5，确定获得的消声器的传递损失是否满足预设降噪需求；若满足则完成消声器设计；若不满足则增加第一消声管内的声道距离长度，并重复步骤3至步骤5。
[0026]
本发明实施例的进一步改进在于，在步骤3中，确定所述第二消声管内的声道距离后还包括：判断所述第二消声管内的声道距离是否在预设结构尺寸可设计范围内，若是则跳转执行步骤4，若否则减小第一消声管内的声道距离长度，并重复步骤3至步骤5。
[0027]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0028]
针对户内变电站(如变压器、高抗等重要电力设备等)辐射噪声呈现出低频线谱特性的特点，本发明提供的消声器可解决经典消声器及其它现有降噪措施低频控制效果不佳的技术问题；本发明提供的消声器中，通过结构设计，可实现户内变电站噪声的自我相消，实现排放噪声高效控制；结构为无源被动式消声，不耗能、通风面积可控，同时具有良好高频消声效果，针对户内变噪声具有良好的控制效果。综上所述，针对户内变电站多频线谱噪声控制困难的技术问题，本发明提供了具有高效低频降噪能力的消声器，其既满足主变室通风散热需求，又能实现排放噪声高效控制，保障变电站稳定安全运行，同时噪声达标排放，为社会和谐稳定发展贡献力量。
附图说明
[0029]
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1是本发明实施例提供的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器的结构示意图；
[0031]
图2是本发明实施例中，将图1示例性给出的消声器结构横向并联使用的示意图；
[0032]
图3是本发明实施例中，将图1示例性给出的消声器结构纵向串联使用的示意图；
[0033]
图4是本发明实施例中，调相导流片的另外一种布置形式的示意图；
[0034]
图5是本发明实施例中，不同调相导流片形式下消声器结构纵向串联使用示意图；
[0035]
图6是本发明实施例提供的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器的结构设计流程示意图；
[0036]
图7是本发明实施例中，本发明提供的消声器结构与经典共振式消声器传递损失对比曲线示意图；
[0037]
图中，1、入口格栅；2、入口吸声格；3、w型消声管；4、平整填块；5、出口吸声格；6、出口格栅；7、出口声挡板；8、出口相消段；9、异型消声管；10、调相导流片；11、入口整流段。
具体实施方式
[0038]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
[0039]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0040]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0041]
请参阅图1，本发明实施例提供的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，主要包括入口格栅1、入口吸声格2、入口整流段11、w型消声管3(可相当于第一消声管)、异型消声管9(可相当于第二消声管)、调相导流片10、出口相消段8、出口声挡板7、出口吸声格5、出口格栅6和平整填块4；其中，入口格栅1与平整填块4、入口吸声格2及入口整流段11相连，待消声声波通过入口格栅1进入消声器内，一部分流入入口吸声格2，通过吸声格内部吸声材料吸收耗散；其余部分进入入口整流段11，入口整流段11的入口部分与入口格栅1、入口吸声格2、平整填块4相连，入口整流段11的出口处与w型消声管3与异型消声管9的入口相
连，经入口整流段11混合稳定后声波一分为二分别进入w型消声管3和异型消声管9，入口整流段11一分为二出口处两声波相位相同；w型消声管3与异型消声管9并联布置，w型消声管3上方可设置平整填块4，以进一步增加管道上方声吸收能力，下方可与异型消声管9共用管壁，以节约空间；异型消声管9内部布设有调相导流片10，以增加声波在异型管道内部的传播时间，实现w型消声管3和异型消声管9内部声波相对相位的调节；在w型消声管3和异型消声管9出口处，原来两消声管道入口处同相位声波，到达出口处时变为异相声波，通过对异型消声管9内部调相导流片10设计，实现w型消声管3和异型消声管9出口处两声波的反相相交；异型消声管9下方也可布置平整填块4，以增加异型消声管9下方吸声能力。
[0042]
本发明实施例提供的消声器中，在声波传播过程中，通过结构设计改变w型消声管道与异型消声管道中声波相对相位关系，使两消声管道声波同相位输入，反相位输出，实现声波在出口处被动的反相位抵消，降低指定频率下户内变噪声的向外排放，达到降低户内变噪声辐射的目的；消声器内部调相导流片实现异型消声管道与w型消声管道内声波相对相位调节，使得调节后两管道融合口处相位相差180
°
，两声波反相位叠加，利用结构实现声波自相消；该消声器不仅对目标频率处噪声具有良好的控制效果，对目标频率的所有奇数倍频率皆有良好控制效果，可实现多频同时控制。
[0043]
请参阅图2至图5，基于本发明实施例提供的结构，不同目标频率消声器串联使用，可实现多集合频率处噪声的高效控制。
[0044]
本发明实施例中，将w型消声管3和异型消声管9出口处平行接触布置，并在后方设计出口相消段8，可实现两声波在出口相消段8入口处反相位叠加，并在出口相消段8实现两反相声波充分融合；出口相消段8前方设置声学挡板，上方设置出口吸声格5，利用出口声挡板7引流，加大消声器内部声反射，利用出口吸声格5进一步改善出口处户内变电站辐射噪声的吸收；最后消声器出口处布置出口格栅6，进一步实现对噪声的吸收与定向排放。
[0045]
本发明实施例中，平整填块4位于w型消声管3上方和异型消声管9下方，主要利用消声器非管道空置区的吸声填充，进一步改善内部声吸收能力，同时增强消声器结构强度，提高运输及安装便利性。
[0046]
本发明实施例中，入口格栅1、入口吸声格2、出口吸声格5及出口格栅6均可采用穿孔板包覆吸声棉结构，增加声吸收能力；w型消声管3、异型消声管9、调相导流片10及出口声挡板7均可采用穿孔板包覆吸声棉结合中心实心金属板结构，增加声吸收能力的同时，结构两侧声干扰；平整填块4可采用整块穿孔板包覆吸声棉结构或类似空心吸声格方式。
[0047]
请参阅图6，本发明实施例提供的一种被动自相消户内变电站消声器设计方法，详细步骤如下：
[0048]
(1)根据户内变电站噪声特性确定低频待消声目标频率f
目标
；
[0049]
(2)初步确定w型消声管长度l
w型
；
[0050]
(3)根据式取不同n值，初步计算得异型消声管系列长度；式中，c＝343m/s为空气中声速；
[0051]
(4)根据实际通风散热需求确定最小通风面积s；
[0052]
(5)初步确定w型消声管道面积s
w型
和异型消声管道面积s
异型
；
[0053]
(6)根据公式计算现有参数消声器传递损失；消声器的传递损失为，
[0054][0055]
式中，s＝s
w型
+s
异型
；为声波波数，f为声波频率；l
w型
为w型消声管长度，l
异型
为异型消声管长度。
[0056]
(6)进一步根据实际结构尺寸可设计范围，确定异型消声管长度；
[0057]
(7)根据实际降噪需求确定上述参数下消声器传递损失是否满足实际需求；
[0058]
(8)如若不满足，增加w型消声管长度，回到步骤(2)，重复步骤(2)到(7)直至满足实际需求。
[0059]
本发明实施例提供的技术方案的工作原理为：消声器主要利用w型消声管与异型消声管中声波在传播过程中，通过结构设计使两声波相对相位关系发生变化，达到同相位输入且反相位输出的目的，实现声波在出口处被动的反相位抵消，降低指定频率下户内变噪声的向外排放，达到降低户内变噪声辐射的目的。本发明实施例提供的技术方案中，声波从入口格栅进入消声器，一部分能量在入口吸声格内得以吸收耗散，其余部分进入整流段，经整流段混合稳定后一分为二分别进入在w型消声管道和异型消声管道，一分为二入口处两声波相位相同，为实现w型消声管道和异型消声管道内部声波相位调节，在异型消声管道内部布设调相导流片，增加声波在异型管道内部传播时间，这样，在w型消声管道和异型管道出口处，原来同相位声波，变为异相声波，通过对异型消声器内部调相导流片设计，实现w型消声管道和异型管道出口处两声波的反相相交；将w型消声管道和异型管道出口处平行接触布置，并在后方设计出口相消段，实现两反相声波充分融合，进一步利用出口声挡板引流，加大消声器内部声反射，利用出口吸声格进一步改善出口处户内变电站辐射噪声的吸收，最后消声器出口处布置出口格栅，进一步实现对噪声的吸收与定向排放，平整填块主要利用消声器非管道空置区的吸声填充，进一步改善内部声吸收能力，同时增强消声器结构强度，提高运输及安装便利性。
[0060]
本发明实施例提供的设计方法中，主要根据实际散热需求，确定最小通风量与最小通风面积，结合户内变电站空间条件初步确定w型消声管道长度，进一步根据目标频率、w型消声管道长度及异型管道长度之间关系，初步计算获得异型管道长度，进一步根据消声器传递损失公式计算消声器降噪性能，根据户内变电站降噪需求，判断设计参数是否满足实际需求，如若不满足，通过改善w型管道和异型管道截面积比例或w型管道长度，重新设计消声器，直至消声器降噪性能满足户内变电站实际需求。
[0061]
本发明实施例提供的消声器的实际使用步骤包括：实际使用中，可将消声器安装于户内变电站主变室等建筑通风口外侧，用于消除风机噪声排放及室内噪声泄漏，也可将消声器安装于户内变电站主变室等建筑通风口内外两侧，进一步加强对室内泄漏噪声的控制。
[0062]
本发明提供的具体实施例中，根据户内变噪声频谱特性，本发明实施例中以100hz为待消声目标频率，f
目标
＝100hz，设定w型消声管道长l
w型
＝1m，则计算得异型消声管道长l
异型
＝2.715m，设定w型消声管道截面积s
w型
＝0.1m2，异型消声管道截面积s
异型
＝0.1m2；计算
得消声器传递损失，如图7所示；该参数下消声器在100hz、300hz、500hz等100hz奇数倍频频率处实现了高效降噪，涵盖了户内变电站众多线谱频率；图7中同时给出了经典共振式消声器消声量曲线，共振式消声器在100hz设计频率处也取得了非常显著的降噪性能，但其有效降噪频率有限。本发明在单设计频率下，消声器可实现其奇数倍频频率下的高效降噪，如若将不同设计频率消声器串联，可进一步提升目标频率覆盖范围。
[0063]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，包括：消声管道；所述消声管道通过隔板分隔为第一消声管和第二消声管；所述第一消声管和所述第二消声管的入口分别用于输入同相的待消声声波；所述第一消声管和所述第二消声管的出口分别用于输出第一声波和第二声波；其中，所述第二消声管内设置有若干调相导流片(10)；所述第一声波和所述第二声波的相位相差180
°
；所述第一消声管和所述第二消声管的出口相连通，用于基于所述第一声波和所述第二声波的反相位叠加实现声波自相消。2.根据权利要求1所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述第一消声管为w型消声管；所述第二消声管为内置若干调相导流片(10)的异型消声管。3.根据权利要求1所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述第一消声管内的声道距离l1和所述第二消声管内的声道距离l2的表达式为，式中，n为大于等于0的整数；f
目标
为低频待消声目标频率；c＝343m/s为空气中声速。4.根据权利要求1所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述第一消声管和所述第二消声管的入口均与所述消声管道的入口相连通；所述消声管道的入口沿声音传播方向依次设置有入口格栅(1)和入口吸声格(2)。5.根据权利要求1所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述第一消声管和所述第二消声管的出口均与所述消声管道的出口相连通；所述消声管道的出口沿声音传播方向依次设置有出口吸声格(5)和出口格栅(6)。6.根据权利要求5所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述出口吸声格(5)和所述出口格栅(6)之间设置有出口声挡板(7)。7.根据权利要求1所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器，其特征在于，所述消声管道的外壁设置有若干平整填块(4)。8.一种权利要求1所述的用于户内变电站的被动式自相消消声器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据户内变电站噪声特性确定低频待消声目标频率f
目标
；步骤2，初始设定所述第一消声管内的声道距离；步骤3，基于所述第一消声管内的声道距离，根据确定所述第二消声管内的声道距离；式中，n为大于等于0的整数；f
目标
为低频待消声目标频率；c＝343m/s为空气中声速；步骤4，根据通风散热需求确定最小通风面积s，并初始设定第一消声管的管道面积s1和第一消声管的管道面积s2；计算获得消声器的传递损失，计算表达式为，
式中，s＝s1+s2；为声波波数，f
目标
为低频待消声目标频率；l1为第一消声管内的声道距离；l2为所述第二消声管内的声道距离l2；步骤5，确定获得的消声器的传递损失是否满足预设降噪需求；若满足则完成消声器设计；若不满足则增加第一消声管内的声道距离长度，并重复步骤3至步骤5。9.根据权利要求8所述的一种用于户内变电站的被动式自相消消声器的设计方法，其特征在于，在步骤3中，确定所述第二消声管内的声道距离后还包括：判断所述第二消声管内的声道距离是否在预设结构尺寸可设计范围内，若是则跳转执行步骤4，若否则减小第一消声管内的声道距离长度，并重复步骤3至步骤5。

技术总结

本发明公开了一种用于户内变电站的被动式自相消消声器及其设计方法，所述被动式自相消消声器，包括消声管道；消声管道通过隔板分隔为第一消声管和第二消声管；第一消声管和第二消声管的入口分别用于输入同相的待消声声波；第一消声管和第二消声管的出口分别用于输出第一声波和第二声波；第二消声管内设置有若干调相导流片；第一声波和第二声波的相位相差180