[科普中國]-干式變壓器隔聲罩消聲器

研究背景

噪聲污染、大氣污染、水污染和固體廢棄物，被認(rèn)為是當(dāng)今世界四大污染。隨著越來越多高密集居住群的出現(xiàn)和大量工業(yè)設(shè)備的使用，使得人們居住環(huán)境里的噪聲水平越來越高，嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量。噪聲污染問題已成為一個嚴(yán)重的社會問題，嚴(yán)重危害了群眾的身心健康。因此，加強(qiáng)噪聲控制，降低噪聲污染，己成為一巫待解決的環(huán)境問題。

隨著國民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市用電量急劇增加，許多高電壓、大容量變壓器的安置地點(diǎn)正逐漸進(jìn)入市區(qū)內(nèi)。特別是近幾年來，由于城區(qū)不斷擴(kuò)大以及城市電網(wǎng)改造的需要，一些變電站有時要建在靠近居民區(qū)處或直接建在居民區(qū)內(nèi)。而干式變壓器以其特有的穩(wěn)定性、安全性及防火性能等優(yōu)點(diǎn)在城區(qū)的黨政機(jī)關(guān)、政府辦公大樓、外事活動場所、居民密集區(qū)等場合得到了廣泛運(yùn)用。而干式變壓器在連續(xù)運(yùn)行時有其所產(chǎn)生的噪聲對人們的正常生活和工作造成了很大的影響，使人們在工作時難以集中注意力、工作效率降低，休息時特別是夜間，使人們很難入睡，嚴(yán)重影響人們的睡眠質(zhì)量，進(jìn)而對人體健康造成惡性循環(huán)，使人們的健康常常處于亞健康狀態(tài)。浙江大學(xué)環(huán)境科學(xué)系對三個住宅小區(qū)的三座住宅大樓底層變壓器引起的噪聲污染調(diào)查實(shí)測發(fā)現(xiàn)由變壓器引起的居民室內(nèi)夜間噪聲A聲級較低(包括本底噪聲在內(nèi)均低于40dB )，但噪聲煩惱度較高。干式變壓器噪聲污染所引起的訴訟越來越多，干式變壓器的噪聲從而也日益受到人們的重視，國內(nèi)外越來越多的學(xué)者、相關(guān)的科研人員以及許多的干式變壓器制造廠家對變壓器的噪聲及其控制、治理等進(jìn)行了深入而又細(xì)致的研究，并取得了很大的成就。1

研究歷程國外一些大型電力變壓器制造公司和相關(guān)研究機(jī)構(gòu)早于20世紀(jì)20年代就開始對變壓器噪聲問題進(jìn)行了研究。涉及到變壓器噪聲和振動機(jī)理、聲學(xué)特性、降噪方法和措施等諸多領(lǐng)域的研究，也有各國相繼制定的一些技術(shù)和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

其研究特點(diǎn)一是研究規(guī)模不斷擴(kuò)大，研究對象往往設(shè)計(jì)到不同規(guī)格的各種變壓器;二是相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的新技術(shù)被引入到研究方法中，比如利用聲振禍合理論對變壓器振動、噪聲機(jī)理的研究，利用聲強(qiáng)法進(jìn)行變壓器聲級測定和遠(yuǎn)場輻射噪聲分析，利用統(tǒng)計(jì)方法對變壓器聲能分布分析:三是逐步從試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向構(gòu)筑理論分析的數(shù)學(xué)模型，比如建立變壓器聲源數(shù)學(xué)模型，對新建變電站進(jìn)行變壓器輻射噪聲評估;四是出現(xiàn)了一批新型的模擬仿真計(jì)算軟件。如FLYSTRYD,SYSNOISE5.5等;五是各變壓器制造商均在生產(chǎn)工藝、使用材料等方面為降低變壓器噪聲和成本做了大量的試驗(yàn)和研究。1

研究表明變壓器的噪聲主要有兩個噪聲源:一方面是變壓器本體噪聲，主要是由變壓器鐵心、繞組、磁屏蔽等振動產(chǎn)生的噪聲。另一方面是變壓器冷卻裝置的噪聲，主要是變壓器冷卻風(fēng)扇引起的噪聲。變壓器的本體噪聲主要是變壓器鐵心振動引起的，其主要機(jī)理如下:變壓器鐵芯的硅鋼片產(chǎn)生磁致伸縮，磁致伸縮引起鐵芯振動而產(chǎn)生噪聲。所謂磁致伸縮就是鐵芯勵磁時，沿磁力線方向硅鋼片的尺寸要增加，而垂直于磁力線方向硅鋼片的尺寸要縮小。磁致伸縮使得鐵芯隨著勵磁頻率的變化之間的磁吸引力而產(chǎn)生，主要出現(xiàn)在鐵芯邊緣和鐵轆的接縫之間。德國Transformatoren Union AG公司試驗(yàn)研究了磁致伸縮現(xiàn)象中在不同退火溫度下硅鋼片磁致伸縮率與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系和不同機(jī)械應(yīng)力下磁致伸縮率與磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的關(guān)系。試驗(yàn)表明，硅鋼片的磁致伸縮受到諸多因素的影響，這從一定程度上解釋了為什么用不同廠家生產(chǎn)的同一規(guī)格的硅鋼片制造的同一型號的變壓器的噪聲水平會有比較大的差異，也提示了鐵芯片加工和鐵芯裝配工藝方法的不同，會導(dǎo)致用同廠家同牌號的硅鋼片生產(chǎn)出的同型號變壓器具有不同的噪聲水平。對考慮磁致伸縮的磁場力計(jì)算，許多學(xué)者都做了許多研究，其中法國格勒諾勃電工技術(shù)實(shí)驗(yàn)室G.Reyne等學(xué)者在前人研究的基礎(chǔ)上提出了一種假設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度是一狀態(tài)函數(shù)的計(jì)算方法，具有一定的計(jì)算精度。變壓器遠(yuǎn)場輻射噪聲水平是進(jìn)行新的變電站設(shè)計(jì)和老變壓器改造的重要參數(shù)，該值受到各國的普遍重視。其研究途徑可分為實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和建立計(jì)算模型。美國BBN公司( Bolt Beranek and NewmanInc.)接受ESEERCO公司的委托于1976-1980年對ESEERCO公司下屬變電站中40臺正在運(yùn)行的變壓器噪聲水平進(jìn)行了實(shí)測統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，為ESEERCO公司新建變電站提供環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)。

另外BBN公司ColinC}Gordon在1979年對90臺變壓器的近場和遠(yuǎn)場噪聲水平進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和研究，為NEMA變壓器聲級標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供依據(jù)。由于實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法所耗費(fèi)的人力和物力是客觀的，于是一些研究人員希望通過建立變壓器噪聲源計(jì)算模型來計(jì)算其遠(yuǎn)場輻射噪聲。1

可以說到目前為止，尚未有一種變壓器輻射噪聲計(jì)算模型得到各國的廣泛認(rèn)可，但這種研究方法代表了變壓器的研究方向。隨著技術(shù)的發(fā)展，這方面一定會取得新的進(jìn)展。有些學(xué)者在變壓器輻射聲研究中利用聲強(qiáng)法可以有效地避免周圍環(huán)境對噪聲測量影響的優(yōu)點(diǎn)而引入了聲強(qiáng)法。

在噪聲控制方面，有源消聲技術(shù)也被用來降低變壓器噪聲，它是采用發(fā)出相同功率但相位相反的聲音來抵消已有的噪聲。1996年美國電力部門在10臺變壓器上安裝了有源消聲系統(tǒng)，此套系統(tǒng)有三個硬件部分，分別是調(diào)節(jié)器、傳感器和電子控制器。試驗(yàn)表明該系統(tǒng)在變壓器的主要噪聲頻率點(diǎn)100Hz, 200Hz, 400Hz的降噪量分別是15~25dB(L), 10~12dB (L), 6~8dB (L)，此降噪量己是非常客觀了?？梢娪性聪曄到y(tǒng)這種新的技術(shù)將會在變壓器噪聲控制方面得到很大的發(fā)展。

國內(nèi)對變壓器噪聲方面的研究相對滯后于國外，主要集中在變壓器噪聲機(jī)理以及控制，定性分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)上，從多方面提出了降低變壓器噪聲的方法。隨著測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助分析的發(fā)展，國內(nèi)有些學(xué)者從測試變壓器噪聲振動頻譜方面進(jìn)行分析，還有利用有限元技術(shù)分析變壓器噪聲機(jī)理。1

變壓器基本工況變壓器在工作時有一定的能量損失，而損失的大部分能量都轉(zhuǎn)化成了熱量。以T06-245 SCR10-1250型干式變壓器為例，工作6小時后高壓端的溫升為95.1k，工作10個小時溫升達(dá)到119k，而變壓器又有它工作的環(huán)境溫度，因此設(shè)計(jì)者在變壓器的隔聲降噪方面必須考慮通風(fēng)散熱，以使得變壓器正常運(yùn)行。在干式變壓器隔聲罩的研究設(shè)計(jì)中，必需設(shè)計(jì)一種恰當(dāng)?shù)母袈曊窒暺鳌?/p>

干式變壓器主要安置在居民區(qū)或高層建筑地下室或變電室內(nèi)，噪聲污染主要是變壓器的機(jī)體振動通過振動橋傳到建筑物上產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲和變壓器本身產(chǎn)生的空氣噪聲

干式變壓器隔聲罩的工作重點(diǎn)是隔聲罩消聲器的設(shè)計(jì)。變壓器安裝地點(diǎn)空間有限，且工作環(huán)境比較復(fù)雜，有些環(huán)境甚至比較惡劣。另外依據(jù)多次對變壓器噪聲測量的數(shù)據(jù)分析表明:SCR10-1250變壓器的噪聲主要是50Hz的諧頻，特別是200Hz, 300Hz, 400Hz等頻率處的低頻噪聲。對于消聲器的設(shè)計(jì)來言，因?yàn)樽栊韵暺魇抢梦暡牧舷?，消除的一般是中高頻噪聲，此類消聲器對所在的運(yùn)行環(huán)境要求較高。而抗性消聲器是利用噪聲通過結(jié)構(gòu)的干涉、反射等來消除噪聲，一般消除的也是中高頻噪聲。利用此類消聲器消除低頻時，則消聲器在長度方面就要求長些，消聲量要大時就要求其截面尺寸要大，從而使消聲器體積增大。在保證變壓器自然通風(fēng)散熱的前提下，降低變壓器低頻噪聲對人的影響，隔聲罩消聲器的設(shè)計(jì)顯得非常關(guān)鍵。1

干式變壓器噪聲產(chǎn)生原因變壓器本體噪聲產(chǎn)生的主要原因有硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動、硅鋼片接縫處和疊片間漏磁引起的鐵芯振動、繞組負(fù)載電流漏磁引起的繞組振動等，干式變壓器如右圖所示。

（1）硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動磁致伸縮是鐵芯勵磁時，沿磁力線方向硅鋼片的尺寸增加，而垂直于磁力線方向的尺寸縮小的現(xiàn)象。磁致伸縮使得鐵芯隨著勵磁頻率的變化而周期性振動。由于磁致伸縮的變化周期為電源周期的一半，故磁致伸縮引起的鐵芯噪聲是以兩倍的電源頻率為基頻的。因?yàn)殍F芯磁致伸縮的非線性、以及沿著鐵芯內(nèi)框和外框的磁通路徑長短不同等原因，鐵芯噪聲中除了基頻外還包括高次諧波。2

（2）漏磁引起的鐵芯振動

硅鋼片接縫處和疊片間存在因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引，由此引起鐵芯振動。由于鐵芯疊積方式得到不斷改進(jìn)，接縫處和疊片之間的電磁吸引力引起的鐵芯振動，比磁致伸縮引起的鐵芯振動小得多，因此這部分嗓聲通常可以忽略不計(jì)。

（3）漏磁引起的繞組振動

繞組負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁將引起繞組的振動。當(dāng)變壓器的額定工作磁通密度在1. 5-1. 8T范圍時這種振動與磁致伸縮引起的鐵芯振動相比較小。但由于繞組可以看成一個殼體結(jié)構(gòu)，其振動聲輻射效率高于平板結(jié)構(gòu)，故而在相同的振動位移條件下，繞組的聲輻射效率將大于鐵芯的聲輻射效率，同時繞組的表面積也大于鐵芯表面積，可見繞組振動產(chǎn)生的聲輻射可以與鐵芯相當(dāng);負(fù)載電流漏磁產(chǎn)生的噪聲與負(fù)載電流的平方成正比，當(dāng)變壓器的額定磁通密度降低到1. 4T以下時，繞組的振動與硅鋼片磁致伸縮引起的鐵芯振動相接近，此時，繞組產(chǎn)生的聲輻射將大大增加，甚至可以超過鐵芯所產(chǎn)生的聲輻射，這也是在磁通降低時，變壓器噪聲增大的原因。1

（4）本體噪聲理論特性

變壓器噪聲以鐵芯噪聲為主，由于磁致伸縮的變化周期恰恰是電源頻率的半個周期，所以磁致伸縮引起的變壓器的本體振動噪聲，是以兩倍的電源頻率為其基頻的。由于鐵芯磁致伸縮特性的非線性、多級鐵芯中芯柱和鐵轆相應(yīng)的截面不同，以及沿鐵芯內(nèi)框和外框的磁通路徑長短不同等等原因，均使得磁通明顯地偏離了正弦波波形，即有高次諧波的磁通分量存在，這樣就使得鐵芯的振動頻譜中除了有基頻振動以外，還包含有其基頻整數(shù)倍的高頻成分;此外，繞組振動頻率與鐵芯振動頻率不同，其產(chǎn)生的噪聲頻率也與鐵芯噪聲不同，這也會使總體噪聲偏離正弦形式。研究結(jié)果表明，電力變壓器鐵芯振動噪聲的頻譜范圍通常在100- 500Hz之間，變壓器的額定容量越大，在鐵芯的噪聲中基頻分量所占的比例越大，二次以及以上高頻分量所占的比例越小而變壓器的額定容量越小，在鐵芯的噪聲中基頻分量所占的比例越小。也就是說，對于不同容量的電力變壓器，其鐵芯噪聲的頻譜是不一樣的。2

影響干式變壓器噪聲因素1、硅鋼片磁致伸縮的影響

硅鋼片磁致伸縮大小直接影響變壓器本體噪聲的強(qiáng)弱，因此減小硅鋼片的磁致伸縮是降低變壓器噪聲最根本有效的方法。磁致伸縮的大小主要取決于勵磁時硅鋼片中晶粒轉(zhuǎn)動的情況，晶粒取向?yàn)榻Y(jié)晶方向，且取向完整度越好，磁致伸縮率越低，因此在磁通密度相同的條件下，優(yōu)質(zhì)硅鋼片的磁致伸縮較小。另外鐵芯組件的缺陷、毛刺等將對變壓區(qū)噪聲級有著顯著影響，因此硅鋼片應(yīng)該平整度完好，波浪性小，這樣有助于降低鐵芯噪聲。絕緣涂層在硅鋼片表面形成張力，也可以減小磁致伸縮。硅鋼片越薄，絕緣涂層越厚，涂層與硅鋼片之間的反應(yīng)層越深，涂層張力則越大，硅鋼片的磁致伸縮越小。涂層厚度通常以50-100 fon為宜，太薄降噪效果不明顯，太厚則影響鐵芯的散熱，反過來影響鐵芯噪聲。通常，硅鋼片的含硅量也是影響磁致伸縮的因素，一般硅鋼片的含硅量為2-3%，試驗(yàn)研究表明當(dāng)含硅量為6. 5%時，硅鋼片的磁致伸縮近似為零。不過當(dāng)硅含量超過3. 5%時硅鋼片將變得很脆，加工困難。

此外，磁力線和硅鋼片壓延方向的夾角對磁致伸縮影響也很大，當(dāng)夾角為50-60度時磁致伸縮最小，因此硅鋼片采用斜接縫或者階梯接縫可減小磁致伸縮。磁通密度的大小同樣影響磁致伸縮，磁通密度越大則磁致伸縮越大，磁通密度降低0. 1T時，噪聲水平可以下降2dB。尤其當(dāng)硅鋼片表面有涂層時磁致伸縮隨磁通密度增大而增大的趨勢更加明顯。1

2、鐵芯結(jié)構(gòu)對噪聲的影響

(1)幾何尺寸的影響。由于鐵芯中磁密度分布的不均勻性和硅鋼片的磁性能的各向異性使得鐵芯不同區(qū)段的磁致伸縮不一致。鐵芯磁致伸縮的不均勻性和鐵芯的幾何尺寸緊密相關(guān)。

(2)結(jié)構(gòu)方式的影響。鐵芯的噪聲還與鐵芯的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，比如卷鐵芯和疊片式鐵芯的噪聲有所不同。卷鐵芯是采用專門的鐵芯繞卷機(jī)不間斷地卷制而成，不含接縫，因此不會產(chǎn)生普通疊片式鐵芯因磁路不連貫而產(chǎn)生的噪聲。

(3)搭接面積的影響。在采用斜搭接以降低噪聲時，搭接區(qū)的搭接面積對噪聲也有一定的影響。增大搭接面積可以提高鐵芯的機(jī)械強(qiáng)度，但磁路經(jīng)過硅鋼片非軋制方向的區(qū)域增大，從而使噪聲增加。因此在滿足鐵芯機(jī)械強(qiáng)度的條件下，應(yīng)該選擇最小的搭接面積以降低鐵芯的噪聲。

(4)鐵芯夾緊力的影響。鐵芯噪聲與鐵芯夾緊力密切相關(guān)。鐵芯夾緊力存在最佳值，為0. 08-0. 12MPa。夾緊力低于最佳值時硅鋼片的自重將使鐵芯產(chǎn)生彎曲變形，致使磁致伸縮，增大變壓器噪聲;另一方面變形后同層的芯片和扼片不在同一平面，引起橫向磁通，導(dǎo)致磁致伸縮引起的噪聲高頻成分增加，增大變壓器噪聲:而夾緊力過大時，磁致伸縮增大，鐵芯噪聲提高，并可能引起零件在高頻下的共振。干式變壓器鐵芯多采用樹脂固化代替綁扎，這種方式可以降低噪聲2dB左右，但如果樹脂涂敷不好或者由于樹脂質(zhì)量低劣及比例調(diào)配不當(dāng)引起樹脂脫落則會引起噪聲增加。

(5)運(yùn)行狀態(tài)的影響。國內(nèi)外的運(yùn)行實(shí)踐告訴我們，變壓器運(yùn)行時的噪聲往往要高于出廠時的測量值。這主要由以下因素引起:運(yùn)行過程中負(fù)載電流產(chǎn)生的漏磁會引起繞組的振動，從而產(chǎn)生附加的振動噪聲，這種附加的振動噪聲的大小是與負(fù)載電流的平方成正比的;鐵芯加熱后，由于諧振頻率和機(jī)械應(yīng)力的變化，其噪聲會隨著溫度的升高而增大;運(yùn)行現(xiàn)場的環(huán)境對噪聲有影響:表現(xiàn)為當(dāng)負(fù)載電流中疊加有直流分量和諧波分量時，會使噪聲升高。1

干式變壓器噪聲源控制任何一個聲學(xué)系統(tǒng)主要由聲源、傳播媒介和接受者三個環(huán)節(jié)組成(如右圖所示)。聲源可以是單個聲源，也可以是多個同時作用的聲源;聲的傳播途徑可以是單條，但也可以是多條的，并且不是固定不變的;聲的接受者可以是人，也可以是儀器設(shè)備。因此，噪聲控制就相應(yīng)的有聲源控制、傳播途徑控制和接受者控制三個方面，任何噪聲控制技術(shù)和措施也都應(yīng)從這三個方面考慮，至于具體主要采用應(yīng)從控制要求、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素綜合考慮決定，有時需幾個方面的綜合。

聲源控制是噪聲控制中最根本、最有效的、治本的途徑。對機(jī)械設(shè)備的噪聲控制而言，它包括機(jī)器設(shè)計(jì)階段的低噪聲設(shè)計(jì)、噪聲預(yù)估，以及機(jī)器制造出來后的測試分析;對機(jī)器自身在降噪方面的改進(jìn)，如減小振動、改善動平衡、結(jié)構(gòu)改進(jìn)等。為進(jìn)行聲源控制，就必須研究并弄清聲源發(fā)聲的機(jī)理，據(jù)此限制噪聲的發(fā)生。

聲源控制的基本方法是:

1、降低激振力、提高結(jié)構(gòu)的抗振性能等。具體的有改進(jìn)機(jī)器的性能參數(shù)、減小運(yùn)動部件之間的沖擊、提高機(jī)器和運(yùn)動部件的平衡精度，減少運(yùn)動部件的質(zhì)量和降低其運(yùn)動速度、用連續(xù)運(yùn)動代替不連續(xù)運(yùn)動。另外還有增加動剛度、改變零件的結(jié)構(gòu)或尺寸來改變其固有頻率、正確對中、改善潤滑件、采用大阻尼材料或阻尼結(jié)構(gòu)、采用減振器或緩沖器等;1

2、利用阻尼減振等措施減小表面振動速度、降低結(jié)構(gòu)聲輻射能量等;

3、隔離或阻礙聲振傳遞能量(隔振、隔聲)。具體由改進(jìn)結(jié)構(gòu)和材料、合理設(shè)計(jì)罩殼、蓋板以防止激振來減少噪聲輻射、合理地設(shè)計(jì)局部的隔聲罩和隔振器或隔振墊等;

4、降低氣體動力性噪聲。具體如防止氣流突變以消除湍流噪聲、射流噪聲和激波噪聲、降低氣流速度、減小氣體壓降和分散壓減、改變氣流的頻譜特性使之向高頻方向移動以利于消聲、降低氣流管道噪聲、設(shè)計(jì)高效的消聲器等。

結(jié)合以上噪聲源控制方法，干式變壓器的聲源控制可從以下進(jìn)行考慮:

(1)合理縮小鐵芯直徑，減小鐵芯的體積。鐵芯是變壓器的主要噪聲源，減少鐵芯的體積和重量，可十分明顯地降低噪聲。

(2)采用階梯接縫疊片方式，可以在不增加材料成本的前提下，十分有效地降低產(chǎn)品的噪聲。其原因是，采用階梯接縫疊片方式可以有效地降低鐵芯的局部磁密。由于鐵芯接縫處為硅鋼片的自由端，因此降低接縫處產(chǎn)生的局部磁密，可十分有效地降低接縫處產(chǎn)生的噪聲。

(3)分隔鐵芯與低壓繞組間的氣隙。變壓器的鐵芯截面是對稱的多級梯形的近似圓形的截面，鐵芯為噪聲源，可視作無數(shù)個對稱的小聲波源，如果將鐵芯與低壓繞組間的氣隙進(jìn)行分隔，截斷對稱聲波源的相干途徑，可以將噪聲大大降低。1

(4)改善鐵芯的夾緊結(jié)構(gòu)。夾緊件的鋼性不夠，往往導(dǎo)致鐵扼夾緊時兩端往內(nèi)彎曲但中間往外膨脹的現(xiàn)象，導(dǎo)致同層的芯片與轆片不在同一平面，從而引起橫向磁通。這使得磁密波形不是正弦曲線，結(jié)果導(dǎo)致磁滯伸縮引起的噪聲中的高次諧波成分增加，導(dǎo)致產(chǎn)品的噪聲增大。改進(jìn)夾緊件的結(jié)構(gòu)，在夾緊件兩端增加限位裝置并注意控制適當(dāng)?shù)蔫F芯夾緊力，能在一定程度上起到降低產(chǎn)品噪聲的效果。

(5)盡量減小變壓器對基礎(chǔ)和周圍建筑的振動激勵，從而降低因變壓器振動引起的結(jié)構(gòu)聲。

需要特別指明的是通過采用改進(jìn)干式變壓器的材料或干式變壓器的結(jié)構(gòu)，控制或降低變壓器的噪聲是有限的。特別是通過降低磁密來降低噪聲，則變壓器的能耗就明顯增加。從而在干式變壓器的噪聲治理中，不宜采用改動變壓器的結(jié)構(gòu)或鐵心的材料等來降低變壓器的噪聲。1

干式變壓器噪聲傳播途徑控制噪聲傳播途徑控制是在聲源控制受到局限或限制時所用的最常見的控制技術(shù)，特別是對已有機(jī)器設(shè)備的噪聲控制來說，聲源控制常常受到某些限制，有時甚至不可能，而采用傳播途徑控制則余地甚大。

隔聲、吸聲和消聲是噪聲傳播途徑控制中的三大控制技術(shù)。隔聲是利用結(jié)構(gòu)的密實(shí)性阻隔噪聲的傳播:吸聲是利用多孔性材料或柔順性結(jié)構(gòu)的聲熱轉(zhuǎn)換消耗噪聲能量;消聲是利用阻性、抗性結(jié)構(gòu)降低管道流動噪聲。

隔聲與吸聲技術(shù)的具體工程應(yīng)用主要有隔聲罩、隔聲屏(聲屏障)、隔聲間和各種吸聲技術(shù).隔聲罩在機(jī)械工程中是由隔聲構(gòu)件將產(chǎn)生噪聲的機(jī)器或機(jī)械設(shè)備(聲源)包圍并密閉在較小空間內(nèi)，使其傳出的噪聲減弱的一種噪聲控制措施。隔聲罩在實(shí)際設(shè)計(jì)中當(dāng)用薄板做隔聲罩時，應(yīng)注意罩壁在聲波作用下產(chǎn)生共振或吻合效應(yīng)的問題，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)，將使罩的隔聲能力大大降低，例如當(dāng)罩發(fā)生共振時，其插入損失很小，甚至為負(fù)值，即罩輻射的聲能比未加罩的聲源還要大，此時罩起到了一個共振放大器的作用，為避免罩的共振，就應(yīng)提高罩的固有頻率。在尺寸已定的情況下，應(yīng)選用勁度大(或楊式模量)而重量輕的材料制作隔聲罩來提高罩的固有頻率。另外還要注意為了實(shí)際工作的需要，聲源不能達(dá)到完全被罩封閉，例如需要為管道、軸、操作手柄等留出一些開口，需要在罩上留觀察窗、通風(fēng)散熱口等，即使密閉，也還會留下縫隙，在這種情況下，聲音總會通過開口或縫隙向外傳播，這將大大降低罩的隔聲量。因此，應(yīng)該注意開口、孔洞、縫隙對隔聲罩隔聲量的影響。1

吸聲技術(shù)主要是吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)。吸聲材料多是一些多孔材料，如玻璃棉、礦渣棉、巖棉、毛氈、吸聲磚等，這些材料的組織構(gòu)造特征是在材料中有許多微小的孔和相連通的孔隙，這些孔隙并與外界相通，當(dāng)聲波經(jīng)材料表面而入射到內(nèi)部時，引起孔隙間的空氣分子和纖維振動，由于摩擦阻力、空氣的粘滯阻力、熱傳導(dǎo)等作用，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉，從而起到吸聲的作用。多孔材料的吸聲性能除與材料的本身性能有關(guān)外，還與材料的厚度、密度、安裝方式有關(guān)(背后有無空氣層、空氣層的厚度、固定方式等)、入射聲波的頻率、以及入射聲波的角度等因素有關(guān)。應(yīng)當(dāng)指出的是，有些多孔材料，它的孔隙是獨(dú)立的，彼此封閉并不連通，因而吸聲性能較差，其吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波入射到材料表面時，很難透入材料內(nèi)部，而只能是材料作整體振動，由于材料內(nèi)部的摩擦而消耗一部分聲能，因此，其吸聲性能具有明顯的共振吸聲特性。將多孔材料用適當(dāng)粘合劑粘合后，可制成各種吸聲體，在不妨礙操作、燈光等情況下，盡量低懸于房間內(nèi)成為空間吸聲體，是一種有效使用吸聲材料的方法，其吸聲量有時可達(dá)到同樣材料裝在墻面或屋頂上時的數(shù)倍。吸聲結(jié)構(gòu)可以彌補(bǔ)多孔材料在低頻吸聲方面的不足，上述吸聲體就是一種吸聲結(jié)構(gòu)，常用的吸聲結(jié)構(gòu)還有薄板吸聲結(jié)、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)等。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是我國著名聲學(xué)專家馬大獻(xiàn)創(chuàng)建的，在當(dāng)今世界得到了廣泛應(yīng)用。它是在厚度小于1mm的金屬板上鉆以孔徑小于1mm的微孔，穿孔率為1%~5%，并在板后留有一定厚度空間層的新型吸聲結(jié)構(gòu)，微穿孔板可用單層，也可用雙層，其吸聲機(jī)理主要是利用聲波傳播時空氣在小孔中來往摩擦消耗聲能。由于穿孔直徑甚小，故具有相當(dāng)大的聲阻，因而能取得較大的吸聲系數(shù)和較寬的吸聲頻帶?？刂瓢搴罂諝鈱拥暮穸瓤梢钥刂莆暦宓墓舱耦l率，空氣層厚度越大，共振頻率越低。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)特別適用于高溫、高速和潮濕等條件下的吸聲處理。1

消聲技術(shù)主要是消聲器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。用的最多的是阻性消聲結(jié)構(gòu)、抗性消聲結(jié)構(gòu)、擴(kuò)張式消聲結(jié)構(gòu)。阻性消聲結(jié)構(gòu)在管道內(nèi)以一定的方式布置多孔性吸聲材料，當(dāng)氣流通過時，聲波便引起吸聲材料孔隙中的空氣和細(xì)小纖維振動，由于摩擦和粘滯阻力，使聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉，從而起到消聲作用。

阻性消聲器的消聲效率與吸聲材料的吸聲系數(shù)、吸聲材料護(hù)面部分長度、吸聲材料斷面的周長面積比等參數(shù)有關(guān)。吸聲材料越厚，所能吸收聲音的頻率越低。相對于一定寬度(或直徑)的氣流通道，當(dāng)噪聲頻率高于一定值后，由于噪聲波長相對于管道尺寸較小，則聲波成束狀直接通過氣流通道，不與吸聲材料接觸，造成消聲器消聲性能下降，這時如果采用較窄的氣流通道可取得較好的效果。

抗性消聲結(jié)構(gòu)是利用不同形狀的管道和共振腔進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合，借助于管道截面和形狀的變化而引起阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射和干涉作用，達(dá)到衰減噪聲的目的。其消聲效果與管道形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般頻率選擇性較強(qiáng)，適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的消減。在有些情況下，常常是阻性消聲結(jié)構(gòu)和抗性消聲結(jié)構(gòu)的結(jié)合。

結(jié)合以上噪聲源控制方法，干式變壓器的傳播途徑的控制可從以下進(jìn)行考慮:

隔、吸、消聲技術(shù)是噪聲控制和治理的常用技術(shù)，在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用?？紤]到聲源控制的有限性和局限性，針對干式變壓器的噪聲特點(diǎn)和現(xiàn)有的噪聲控制條件，在原有的干式變壓器安全罩的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)研制干式變壓器隔聲罩對干式變壓器的噪聲進(jìn)行控制。利用隔聲罩隔聲技術(shù)降低變壓器噪聲對人們的影響，同時采用了吸聲技術(shù)，在隔聲罩的邊邊縫隙間，用吸聲密封材料進(jìn)行處理。在考慮如何保證變壓器的通風(fēng)散熱、正常工作的前提下確保隔聲罩的隔聲降噪效果方面，本文進(jìn)行了干式變壓器隔聲罩消聲器設(shè)計(jì)。在消聲器的設(shè)計(jì)中廣泛采用了消聲器的設(shè)計(jì)理論，對不同種消聲器的消聲技術(shù)都做了許多嘗試，特別是微穿孔板消聲器和迷宮型消聲器分別做了一定的研究工作，并進(jìn)行了消聲器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了工程化。1

消聲器消聲評價指標(biāo)消聲器是一種既允許氣流通過而又能衰減或阻礙聲音傳播的裝置。是噪聲控制中消聲技術(shù)的重要體現(xiàn)。它控制空氣動力性噪聲，簡單而又有效。例如在輸氣管道中或進(jìn)、排氣口輻射的噪聲。

消聲器的主要評價指標(biāo)為消聲量(dB )、消聲頻率范圍(主要為消聲量峰值的頻率范圍)及阻力損失;此外，消聲器還應(yīng)具有好的結(jié)構(gòu)剛性，防止受激振而輻射再生噪聲，尺寸適宜、便于安裝等。在某些情況下，要求內(nèi)部結(jié)構(gòu)能耐高溫和抗腐蝕。一般主要同時考慮聲學(xué)性能、空氣動力性能和結(jié)構(gòu)性能三個方面。

（1）聲學(xué)性能

消聲器的聲學(xué)性能包括消聲量大小和消聲頻率范圍寬窄兩個方面。設(shè)計(jì)消聲器應(yīng)根據(jù)聲源特點(diǎn)，使在所需要消聲的頻率范圍內(nèi)有足夠大的消聲量。否則，消聲器的消聲頻率范圍盡管寬，消聲量也較大，如果恰好在所要消聲的頻率上消聲效果不好，也往往得不到預(yù)想的結(jié)果。消聲器的聲學(xué)性能用消聲量(包括計(jì)權(quán)聲級和各頻帶聲壓級的消聲量)來表征。

（2）空氣動力性能

消聲器的空氣動力性能是評價消聲器性能好壞的另一項(xiàng)重要指標(biāo)。是指消聲器對氣流阻力的大小。也就是指安裝消聲器后輸氣是否通暢，對風(fēng)量有無影響，風(fēng)壓有無變化。消聲器的空氣動力性能通常用阻力系數(shù)或阻力損失來表示。阻力系數(shù)是指消聲器安裝前后的聲壓差與安裝前聲壓比，它能全面地反映消聲器的空氣動力性能。一個確定的消聲器的阻力系數(shù)是一個定值。氣流的阻力損失都與速度頭成正比，即與氣流速度的平方成正比。也就是說，當(dāng)氣流速度增高時，阻損的增加要比氣流速度的增加快得多。因此，如果采用較高的氣流速度，會使阻損增大，使消聲器的空氣動力性能變壞。在設(shè)計(jì)消聲器時，從消聲器的聲學(xué)性能和空氣動力性能兩方面考慮，都以采用較低的流速為利。1

（3）結(jié)構(gòu)性能

消聲器結(jié)構(gòu)性能是指它的外形尺寸、堅(jiān)固程度、維護(hù)要求、使用壽命等，它也是評價消聲器性能的一項(xiàng)指標(biāo)。

好的消聲器應(yīng)有好的聲學(xué)性能和空氣動力性能外，還應(yīng)該具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜等特點(diǎn)。

在設(shè)計(jì)和評價消聲器時，聲學(xué)性能、空氣動力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)性能這三個方面應(yīng)根據(jù)具體情況做具體分析，應(yīng)該有所側(cè)重。在本文的消聲器設(shè)計(jì)中，根據(jù)項(xiàng)目需要，消聲器的聲學(xué)性能、空氣動力學(xué)性能必須滿足變壓器隔聲罩的需要，既要達(dá)到降低噪聲的要求又要滿足變壓器通風(fēng)散熱的要求。

消聲器的設(shè)計(jì)和研究是以聲學(xué)基本理論和分析理論方法為基礎(chǔ)的，恰當(dāng)?shù)乩寐晫W(xué)理論解釋和指導(dǎo)設(shè)計(jì)消聲器，利用現(xiàn)有的消聲器設(shè)計(jì)方法和工具進(jìn)一步研究消聲器的消聲器機(jī)理已是現(xiàn)代消聲器設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢。1

典型消聲器簡介1、反作用式消聲器

反作用式消聲器基本上不用吸聲材料，是用一個或多個小室來反射和衰減入射的聲能。當(dāng)噪聲包含離散聲時，它們最有用，因?yàn)橥ǔＫ鼈兪钦瓗аb置。在氣流是臟的，也許要堵塞或粘住吸收式消聲器的地方，反作用式消聲器是有生命力的。這種裝置經(jīng)濟(jì)且壓力降低;然而，在高頻且當(dāng)和大直徑管道一起使用時，它們的性能就變壞。典型的反作用消聲器有擴(kuò)張型消聲器、空腔諧振器(又稱“亥姆霍茲諧振器”)、HQ管反聲消聲器等。

2、吸收式消聲器

通常，吸收式消聲器也稱為阻性消聲器，這類消聲器的噪聲降低是通過吸聲材料或吸聲結(jié)構(gòu)的氈層產(chǎn)生的。這種材料的吸聲系數(shù)將隨厚度而增加。這類消聲器對寬頻帶的噪聲(或頻率隨工作速度變化的窄帶噪聲)是非常有用的，并對高頻提供良好的吸聲作用。對安置在高速或高溫氣流的管道中的吸聲材料來說可能需要特殊的保護(hù)貼面。其典型的吸收式消聲器有加襯的管道、平行式或交叉式隔聲板、壓氣室等。1

3、微穿孔板消聲器

它是利用微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。這是我國噪聲控制工作者在上世紀(jì)研制成功的一種新型消聲器。通過選擇微穿孔板上的不同穿孔率與板后的不同腔深，能夠在較寬的頻率范圍內(nèi)獲得良好的消聲效果。因此，微穿孔板消聲器能起到阻抗復(fù)合型的消聲作用。

近年來，我國已研制成功在多種條件下使用的微穿孔板消聲器，如通風(fēng)空調(diào)消聲器，鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)排氣消聲器，燃汽輪機(jī)消聲器，飛機(jī)發(fā)動機(jī)試車消聲器，內(nèi)燃機(jī)消聲器，并己形成系列化產(chǎn)品，經(jīng)工程上應(yīng)用，其性能良好。

在普通條件下使用，經(jīng)適當(dāng)?shù)慕M合，微穿孔消聲器能夠在一個寬闊的頻率范圍內(nèi)或在某些特定的頻率范圍內(nèi)得到高的消聲量，而且阻損可以控制的很小。

在特殊條件下，它能夠耐高溫和氣流沖擊，不怕油霧和水蒸氣。即便是有水流流過，也有好的消聲效果。受到短期的火焰噴射也不至于損壞，這對于蒸氣排氣放空系統(tǒng)、內(nèi)燃機(jī)、嫩氣輪機(jī)以及發(fā)動機(jī)試驗(yàn)站的排氣系統(tǒng)的消聲是很有意義的。

在高速氣流下，微穿孔板消聲器具有比阻性消聲器、擴(kuò)張室消聲器、阻抗復(fù)合消聲器更好的消聲性能和空氣動力性能。這對于高速送風(fēng)系統(tǒng)、消聲器內(nèi)流速高的空氣動力設(shè)備是有益的。由于在很高氣流下，微穿孔板消聲器還有一定的消聲性能，這對大型空氣動力設(shè)備的消聲器可以較大幅度地減少尺寸，降低造價。1

展望(1)在干式變壓器的噪聲機(jī)理研究方面，由于變壓器是個電磁、力、結(jié)構(gòu)場相互作用的禍合系統(tǒng)，如何計(jì)算其振動噪聲的輻射量值和遠(yuǎn)場聲壓及聲強(qiáng)，如何從電磁力等方面著手計(jì)算其振動激勵，進(jìn)而計(jì)算其聲輻射特性，從而對變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、有效控制變壓器噪聲將是一個十分艱巨的任務(wù)。這方面的研究工作將從以下幾個方面入手:一方面總結(jié)現(xiàn)有的變壓器噪聲機(jī)理方面的結(jié)論，進(jìn)一步研究鐵芯磁致伸縮的特性，找出磁致伸縮力的統(tǒng)一計(jì)算模型;另一方面，在弄清變壓器磁致伸縮力的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵芯的結(jié)構(gòu)特性，合理簡化變壓器的本體結(jié)構(gòu)，計(jì)算變壓器鐵芯的振動特性，得出鐵芯表面的法向振動速度，進(jìn)而利用聲振禍合分析軟件，求解出鐵芯的振動聲輻射，計(jì)算其遠(yuǎn)場聲壓分布。1

(2)在變壓器的噪聲控制方面，根據(jù)變壓器噪聲的特點(diǎn)，適宜采用主動消聲，而主動消聲技術(shù)還不成熟，本身還存在著一些難以克服的難題。但主動消聲技術(shù)具有很大的發(fā)展前景，尤其是在變壓器的噪聲治理方面?；诖耍S后在這方面的研究重點(diǎn)是在目前本實(shí)驗(yàn)室主動消聲初步的研究成果上，進(jìn)一步優(yōu)化算法，采用速度更快和精度更高的數(shù)字處理芯片，合理地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一個實(shí)時跟蹤處理程序，從而保持主動消聲效果的長期有效性。

(3)在消聲器的研究方面，在總結(jié)國內(nèi)外消聲器研究成果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從數(shù)值計(jì)算仿真和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的角度進(jìn)一步研究消聲器的消聲機(jī)理，如何填補(bǔ)消聲器在聲學(xué)理論方面的不足，從而得出一些利于工程運(yùn)用的結(jié)論來指導(dǎo)具體的設(shè)計(jì)工作。特別是迷宮型消聲器，目前還沒有給出一個具體的像簡單擴(kuò)張式消聲器的經(jīng)驗(yàn)性工程和具體的聲學(xué)理論來指導(dǎo)具體的工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)工作。

(4)低頻噪聲一直是噪聲治理中的難點(diǎn)，也是振動與噪聲控制工作者工作的重點(diǎn)。許多低頻噪聲除了有聲源或振源本身引起的以外，大多是通過結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲或稱為二次噪聲，此噪聲顯著特點(diǎn)是低頻噪聲，擾民嚴(yán)重。如何進(jìn)一步消除或減弱低頻噪聲，將是今后振動與噪聲中心研究的重點(diǎn)。1