城区变电站变压器室通风降噪消声器研究

摘要：变压器在运行时，在室内产生大量的热量，为了控制室温，保证变压器正常运转，需要采用强制机械通风措施，但通风机工作时发出较大噪声，影响周围环境，本文通过在风机上设置一种消声装置，在不减小风机通风量的同时消除风机的空气动力性噪声。

关键词： 变压器室通风 空气动力性噪声 消声器

中图分类号：G353文献标识码： A

Research on the ventilate and denoise mufflers

in Urban substation transformer room

Abstract：while the transformers are operating in substation, a massive source of heat will be created in the room. In order to control the indoor temperature and ensure the normal operation of transformers, compulsory measures of mechanical ventilation need to be adopted. However, the working ventilators create large noise, which can impact the circumstance. This paper demonstrates a method of eliminating the aerodynamic noise of a ventilator, but not reducing its ventilation quantity, by means of installing a muffler device on the ventilator.

Key words: transformer room ventilationaerodynamic noisemuffler

一、前言

随着社会的发展，人们对于居住环境的要求也越来越高，噪声对环境的污染问题也成了人们关注的热点，近年来，关于变电站噪声扰民的投诉事件也呈现增多的态势。城区变电站由于大多建在城市中心区域，周围居民较多，因此需要采取专门的降噪措施。据调查，虽然不少变电站采取了一定的降噪措施但是降噪效果并不明显，其主要原因是：城区变电站为了减小噪声影响一般将变压器设于室内，变压器运行产生的大量热量，在室内仅靠自然通风无法保证变压器正常运行需要的合理温度，所以需要采用风机来进行强制通风，而风机运转会也产生噪声，如果对这类再生噪声未采取消声措施，则该部分噪声仍会对环境造成较大的污染，因此，对风机采取消声措施是十分必要的。

二、机械强制通风

1、机械强制通风机类型的确定

通风机分为离心式通风机和轴流式通风机。离心式风机流量相对小，压头相对高，必须有安装基础和附设风管，施工周期长，费用高。轴流式风机流量相对大，压头相对小，不需要安装基础和附设风管，施工周期短，费用低。综合比较，轴流式风机作为强制通风机更合理，更经济。

2、存在问题及解决措施

轴流式风机在运转时产生较大噪声，其噪声主要是空气动力性噪声，它是气体在流动过程中产生的，是由气体的不稳定流动，气体与气体、气体与物体间相互作用所产生的噪声。

噪声的各基频为：

f=nzi/60（1）

式中：n―风机叶轮转数，z―叶片数；i―谐频序号，i=1，2，3，……

可见，风机运转产生会不同频率的噪声，并污染周围环境，消除风机空气动力性噪声最有效措施是在风机出口安装消声器。

三、消声器基本理论

1、消声器消声量

（2）

式中：―消声器消声量；

―消声器断面周长；

―消声器的长度；

―消声器的通流面；

―与消声材料有关消声系数

2、消声器上限失效频率：

（3）

式中：―上限失效频率，

―声速；

D―消声器特征尺寸。

3、消声器失效频率的消声量：

（4）

式中：―高于上限失效频率的倍频程个数

四、新型消声器研究

1、现有消声器存在问题

目前常用消声器如图1所示（插图），主要存在以下问题:

图1 目前常用消声器构造

（1）消声器通道为等过流截面直桶式结构，这样消声器出口流速大，动能损失严重，不利于通风换气。

（2）消声器多为单一过流截通道，使得消声器上线失效频率降低，降低消声器高频消声性能。

（3）消声器有效消声长度受到限制，单位消声量下降。

2、对消声器性能要求

(1)声学性能应具有较好的消声特性，在满足流量、温度、压力等工作环境下，在所要求消声的频率范围内有较大的消声量，特别是上线失效频率不能过低。

（2）空气动力要求空气通过消声器时，阻力小，阻力系数低，最好能改善风机通风系统而有利于通风。

（3）结构要求消声器的体积小，质量轻，结构简单，安装方便，材质耐腐蚀、防水防潮，使用寿命长。

3、本研究的成果

（1）扩散型消声器回收动能

图1所示消声器，风机配置等过流截面直桶消声器后产生的静压为：

（5）

式中：―风机全压；

―等过流截面直桶消声器阻力消失：

―消声器出口通流面积：

―通风量。

将中间消声柱设计为椎体，消声通道变为扩散型渐扩形消通道，如图2所示。

图2新型多通道动能回收消声器

此时，轴流风机产生的静压为：

（6）

式中：―风机全压；

―变过流截消声器阻力消失：

―消声器出口通流面积：、

―通风量。

安装两种消声器后的轴流风机产生的静压差为

（7）

对于有限同样长度消声器，，（7）式变为

因为所以，故，对于抽出式工作方式的轴流风机来说，这样可以提高通风机克服阻力能力，从而提高通风换气性能。

（2）多通道消声器提高上限失效频率

根据公式（3），对于图1单一通道消声器，当量特征尺寸

（8）

消声器上限失效频率：

（9）

对于图2多通道消声器，设通道数为N，此时当量特征尺寸

消声器上限失效频率

（10）

由（10）式与（9）得

由此可见，采用N个通道后，消声器上限失效频率提高倍。例如N=4,则上线失效频率增加1倍，螺旋通道个数应根据结构要求，加工工艺实际需要等确定，不能过多，一般3-5较为合适。

（3）螺旋通道增加消声长度

将通道设计为螺旋通道，其螺旋角为，如图所示，则消声长度L

（11）

式中：―直通式轴向长度；

―消声长度

―螺旋角

根据公式（2）直通式消声器两消声量和螺旋通道消声器消声量为

（12）

=(13)

由（12）（13）式可得，

,

令k=称为长度放大系数。

很显然，k大于1，则 说明在轴线长度相同条件下，螺旋通道消声器的消声量增大。

4、结论

通过以上分析，可知图2的消声器能在保证其消声性能的前提下不增加风机的阻力，减小动能损失，保证通风效果，并且提高消声量。

结束语

通过对城区变电站变压器室通风降噪消声器研究，可知衡量一台消声器性能不仅要考虑其具有较大的消声量，而且要有较好的空气动力性能和较强的适应性和实用性，本文所述的消声器较好地满足了这些要求，较合理地解决了以往消声器经常出现的消声能力和空气动力性能存在矛盾的问题，对于今后消声器的设计具有一定的借鉴意义。

参考文献

1.赵国华、王昌田 《噪声与振动控制》 南海出版社 1996年

2.张景松《流体力学与流体机械》 中国矿业大学出版社2001年

3.吕玉恒《噪声与振动控制设备及材料手册》 机械工业出版社 1999

4.马大猷 《噪声与振动控制工程手册》机械工业出版社 2002