Page 163 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 胡静竹等： 散热片对变压器声辐射的影响及优化分析 481

在对加强构件改变结构振动声辐射特性的研
0 引言
究中 [16−19] ，通常会将加肋结构和非加肋结构的声
辐射效率进行比较，但声辐射效率并不能很好地表
随着越来越多的变电站建于居民区和商业区
征振动效应、声源效应和声障效应，为此需要更加
内，变压器噪声问题变得十分突出 [1−3] 。变压器噪
准确的评判准则来描述散热片对变压器的声辐射
声水平的高低，已经成为了衡量变压器生产厂家设
影响。
计和制造水平的重要指标。为了保证居民不受噪声
干扰，供电部门对变压器的噪声性能提出较高的要 1.2 评判准则
求。对居民配电变压器的振动和声辐射问题进行研 为了评估散热片的影响，本文比较分析了两种
究十分必要。 变压器构型：油箱包含散热片和不包含散热片，分

变压器振动噪声主要由变压器内部铁芯和绕 别为构型 1 和构型 2。但在探讨散热片的声源效应
组电磁力激励产生 [2−5] ，通过变压器油以及连接夹 和声障效应时，油箱包含散热片的构型 1 是有区别
件传递到油箱表面，进而向外辐射噪声。目前国内 的，如图 1 所示，在讨论声源效应时，原始构型 1 中
外对变压器噪声研究主要集中于铁芯噪声 [6−8] ，辅 的散热片有振动速度；在讨论声障效应时，构型 1 中
助噪声控制技术 [9−11] 、变压器声源计算模型 [12−15] 的散热片视为刚体障碍物，即散热片的振动速度为
等，对配电变压器油箱及表面散热片辐射噪声进行 0。图中 V p 表示油箱壁的振动速度，V r 表示散热片
预估和优化的研究比较少，变压器表面结构的振动 的振动速度。
噪声问题还有待深入研究。 Moyne 等 [16] 指出相关性系数 coh 可用来评估
本文以一台 10 kV 油浸式电力变压器 (S13-M- 声源效应和声障效应。相关性系数 coh 比较了两种
200/10) 作为研究对象，通过实验测量了变压器油 构型之间声场场点声压的相似性，coh 取值为 1 时
箱和散热片振动加速度分布情况，建立了考虑油 表示两种构型声场有一致的对应关系，取值为 0 时
箱结构与变压器油流固耦合作用的变压器表面结 则表示没有一致的对应关系。研究散热片对声场的
构振动和声学分析模型，分析散热片振动效应 (Vi- 贡献时，如果某些情况下 coh < 0.7，则认为散热片
brating effect)、声源效应 (Source effect) 和声障效 的声学效应(声源和声障)是不可忽视的。相关系数
应(Obstacle effect)，结果表明散热片对变压器有不 coh 的表达式为
可忽略的声场影响。为了降低变压器的振动噪声， T 2
1
2
{p } {p }
对散热片进行优化，运用遗传算法搜索结构表面振 coh = , (1)
T T
速均方值最小时散热片的尺寸，为变压器声辐射控 {p } {p } {p } {p }
2
2
1
1
制提供了参考。 式(1)中：p是声压矢量，p = p − ⟨p⟩，⟨p⟩是声压p的
平均值。1 和 2 表示两种构型，1 对应有散热片的油
1 散热片的声场效应和评判准则 箱结构，2表示没有散热片的油箱。
1.1 散热片的声场效应 V p V p
变压器散热片结构对于油箱结构的影响相当
V r /
于肋骨对加肋板的作用，主要体现在3 个方面：振动 V r
(a) Ԕݽ౞ی1 (b) ܦᬪ஍ऄ౞ی1
效应、声源效应和声障效应 [16] ，这 3 种效应可具体
解释如下： 图 1 声源效应和声障效应的构型 1
(1) 振动效应是指加强构件如肋骨等会改变结 Fig. 1 Configuration 1 for source effect and ob-
构的振动固有特性和响应。 stacle effect
(2) 声障效应是指肋骨在板的辐射声场中会有 通过计算能量 E 准则 [16] 研究散热片的声源
障碍物的作用，并因此改变了板的辐射声场。 效应，
(3) 声源效应是指肋骨表面振动也产生声辐射， ( ⟨ 2 n ⟩)
S v
fin
也就是肋骨本身也是声源。 E 1 = (S ⟨v ⟩) box . (2)
2
n