一种新型复合材料在配电房噪声控制中的应用研究



一种新型复合材料在配电房噪声控制中的应用研究

何伟光,何浩明,梁璟晟

（广州萝岗供电局，广州，510730

摘要：针对居民区配电房噪声扰民问题，研制了一种新型复合微孔气液悬浮隔声材料，并对其声学性能及燃烧性能进行了测试，均能满足相关国家标准。利用该材料设计变压器专用隔声罩，并提出了配电房降噪改造方案，进行了现场试点试验。结果表明，本文设计的改造方案有效降低了变压器低频噪声，使配电房噪声由原来的56dB降至44dB，满足了《城市区域环境噪声标准》规定的标准限值。

关键词：配电房噪声；复合微孔气液悬浮材料；材料性能；配电房改造

0　引言

经济的快速发展离不开电网的支持，随着城区的扩大，城市电网改造势在必行。为保证城市用电，越来越多的配电房修建在靠近居民区处或直接建在居民区内，但配电房会产生严重的低频噪声，对周围居民的生活和健康造成恶劣影响，配电房噪声治理问题也引起了越来越多的关注。

经研究表明，配电房主要噪声源是变压器，且频率主要集中在200Hz附近的低频范围内。目前针对配电房噪声控制问题，主要解决方法有被动消声法、主动有源消声法和主动铁芯振动抑制法。被动消声法是指通过隔声、吸声等措施在主要噪声传播路径上设置隔声板等以达到降低噪声的目的，该方法原理简单且易操作，隔音效果不明显，并且在配电房狭窄的空间内不易安置隔声板。主动有源消声法是利用控制电路产生与原噪声振幅相同、相位相差180度的反噪声来消除或减弱原噪声，该方法只能消除特定方向的噪声。主动铁芯振动抑制法是通过改造变压器，抑制变压器铁芯的振动实现降低变压器噪声，降噪系统设计复杂且成本较高。因此，目前迫切需要一种能够有效控制配电房噪声的措施。

本文分析了配电房噪声的频率分布特性及现有噪声控制方法之后，研制出了一种用于控制配电房噪声的新型复合微孔气液悬浮隔声材料，并对该材料的阻尼损耗因子、建筑声学性能及燃烧性能进行了测试，证明了其应用于工程实际的可行性。最后设计了配电房改造方案，并在广州某实际居民区地下配电房进行了现场试验，为解决配电房噪声治理问题提供了新方法。

1　复合微孔气液悬浮隔声材料研制

变压器工作时可能存在频率在31.5Hz-8000Hz的噪声，整个频带声级范围约在45-75dB之间，且以中低频声为主，低频音穿透力极强，故存在较大的固体传声及空气传声影响周边住户等，须采用声学降噪处理措施，以确保有效降低配电室设备使用时产生的震动和噪声对周边环境的影响，并达到国家相关技术标准。通过改进变压器结构而降低噪声往往需要变压器生产厂家进行结构设计，并在生产时保证各项生产工艺质量，而一旦变压器安装完成投运后则无法再改动，此种方式耗时长、费用高。本文选用成本更低、实施也更简单的方式，利用隔声、吸声原理使噪声在传播途径中得以衰减的降噪原理，研制开发新型复合微孔气液悬浮隔声材料，并利用该材料研制加工成变压器隔音罩改造配电房实现降噪。

1.1材料类型和试制

在降噪处理技术中通常需要使用具有降噪功能的金属板材，或在变压器的金属基材上涂覆阻尼降噪涂料。现有用于金属基材的涂料大多为水性或溶剂型阻尼材料，其中溶剂型阻尼涂料含有大量有机溶剂，易燃，而水性阻尼涂料干燥速度慢，易产生开裂、脱落现象；金属板材在涂覆阻尼涂料前要求将钢板表面的防锈底漆全部打光，粘贴时需用木撵、砂袋、弓形夹等外力固定，粘贴强度低，使用时常出现虚粘、开胶、脱落、返锈等现象。

金属材料表面能较高，表面张力大。胶粘剂中异氰酸酯或其衍生物百分含量越高，胶粘层的表面张力越大，胶层越坚韧，能与金属等基材很好地匹配，粘接强度一般较高。双组分无溶剂聚氨酯阻尼材料，主要由端异氰酸酯基组分、端羟基组分和其他助剂组成，对金属有较好的粘附能力。但常用的芳香族异氰酸酯合成的聚氨酯在高温高湿条件下，因热裂解或水解而造成环境危害。此外，仅使用阻尼材料的自由阻尼结构的减振降噪效果远不如约束阻尼结构。

目前，市面上的各种吸音、隔音材料多种多样，各种材料的用途也不尽相同，本文综合上述材料性能分析，针对配电房发电机组变压器噪声的特性及频率，选择采用了气液悬浮技术，以达到减噪的目的。通过多次配比、试验，我们开发了具有良好降噪效果的气液悬浮阻尼材料并进行了优化、试制，在喷涂阻尼材料的过程中，在基板上布置铁丝网，使材料在其表面形成细小的微孔，让声能在微孔中衰减，提高其降噪性能。

1.2材料结构与组分

本文研制的复合阻尼材料，包括阻尼层和约束层(如图2-1所示)。复合涂层通过约束层降音，阻尼层隔音，来降低声源传出的噪音，达到静音降噪的目的，具有阻尼温域宽，与金属板材复合后的损耗因子高，阻尼效果好等特点。且由于该涂层不含有机溶剂，具有常温固化，无毒、阻燃、加工简便、快速等优点。

阻尼层为聚醚氨酯/环氧树脂互穿聚合物，阻尼效果更好；约束层的填料为碳纤维，轻薄、柔韧性好。阻尼层损耗因子及复合损耗因子比现有其它技术的阻尼层要优越，阻尼域宽，且增加了硬度，比重有所增加，隔音效果更加显著，干燥时间缩短，更便于加工，在高温应力循环时不开裂。

图2-1　材料结构图（1约束层，2阻尼层，3金属基材，4钢丝网）

阻尼层为无溶剂改性聚氨酯阻尼涂层，约束层为无溶剂改性环氧树脂约束涂层。成品材料加工工艺步骤为：在钢板表面涂上防锈底漆，待底漆干透，将阻尼层组份混合搅拌均匀，得到粘稠液体，将混合均匀的阻尼层刮涂在基材上晾干。该阻尼层只涂一道，厚度约为1mm，待到指压不凹陷时，证明已干燥固化。此时，可配制约束层，将约束层的组份按比例混合均匀，得到约束层液体涂料，将混合均匀的约束层液体多次刮涂在已干燥的阻尼涂层上，晾干至指压不凹陷。刮涂约束层采用多道刮涂，累积刮涂约6mm，约束层中还可嵌入钢丝网，干燥后即可使用。

2　材料性能测试

为保证复合微孔气液悬浮材料用于工程实际时，能安全有效的工作，本文对其阻尼层损耗因子、硬度、建筑声学性能以及燃烧性能等进行了测试。

2.1物理特性测试

本文在实验室对上述复合阻尼涂层进行性能测试，结果如表3-1所示：

表3-1　复合材料物理特性测试

本文研制的降噪材料阻尼层为聚醚氨酯/环氧树脂互穿聚合物，填料为碳纤维，而现有技术中的阻尼层仅为聚醚氨酯，填料为鳞片状填料。与现有技术材料相比，本文材料的阻尼层损耗因子及复合损耗因子更加优越，阻尼域宽，且增加了硬度，比重有所增加，隔音效果更加显著，干燥时间缩短，更便于加工，在高温应力循环时不开裂。

2.2建筑声学性能测试

为研究复合微孔气液悬浮隔声板的空气隔声效果，本文对2440mm*1220mm*27mm规格的样品板进行了建筑声学性能测试。测试依据国标声学建筑和建筑构件隔声测量标准GB/19889.3-2005/ISO 140-3:1995和建筑隔声评价标准GB/T50121-2005设计进行。被测试件的隔声量R的计算公式为：

本次测试将复合微孔气液悬浮隔声样板砌于隔声实验室洞口内，四周用双层砖墙复合结构（180mm砖墙+50mm矿棉+240mm砖墙）封闭，进行空气隔声测试。测试结果如图3-1：

由测试结果可以看出，复合微孔气液悬浮隔声板在100Hz到500Hz的低频段具有较好的隔声效果，隔声量可以达到50Hz以上。

图3-1　空气隔声测量

2.3燃烧性能测试

对上述隔声样板进行燃烧性能测试，依据国标建筑材料及制品燃烧性能分级(GB8624-2006)及建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定（GB/T 14402-2007）对试品进行检测。检测结果如表3-2所示（质量损失率检验结果展伸不确定度为0.2%）：

表3-2　复合材料燃烧性能测试

由检验结果可知，该制品燃烧性能符合A1级的规定要求，按GB 8624-2006判定，该制品燃烧性能达到A1级，可用于工程实际。

本文研制的复合微孔气液悬浮隔声材料，轻薄、柔韧性好，阻尼域宽，隔音效果更加优越，且建筑声学及燃烧性能均能达到国家相关标准要求，具有较大的工程实际应用价值。

3　现场试点试验

3.1配电房改造方案

目前配电房中的变压器与基础设施的连接等处普遍做减震减噪措施，多为安装减震弹簧等，因此本文为解决空气传播的噪声而设计降噪方案。结合测试数据与现场环境的勘察，并考虑施工因素，设计方案如下：采用吸、隔音相结合安装隔声罩的治理方式，即运用隔音原理隔断噪声传播，并结合阻尼层消耗声波吸收能量达到降噪目的。为达到最优的降噪效果，将隔声罩原来使用的阻尼材料层调整为阻尼材料层加隔音棉层，达到双层降噪目的，外层还是使用多层受约束板隔声技术，大幅降低变压器噪声通过空气向外辐射的噪音，以达到减噪的目的。

这种多层复合隔声板是由内层选择耐温性能高的金属隔音板，外层则针对低频音选择低频隔音板，中间填充隔音棉并喷涂阻尼涂料组合而成，通过微质点受约束震动吸能原理，消除隔声层的透射噪声，隔音罩材料结构如图4-1所示。

同时本文从实际出发，在隔声罩上安装了变压器散热用的风机，另外安装了专用消声器来解决变压器噪音通过散热通风口向外传播问题。

图4-1　隔音罩材料结构示意图

3.2现场测试

根据本文提出的配电房改造方案，在广州某居民小区地下配电房进行了现场试验，验证了复合微孔气液悬浮材料的降噪效果。改造前后分别测量配电房噪声如图4-2：

从图4-2可看出，现场试验点的噪声频率段还是主要集中在100-1500Hz，最大噪声频率仍为200Hz附近，最大分贝却减低至为55dB以下。利用连续加权A声级的算法，最终得到的A声级分

图4-2　现场噪声测试

贝数约为44dB，达到设计标准，起到降噪的效果，满足居民日常生活的正常水平。

4　结论

为解决配电房噪声扰民问题，本文研制了复合微孔气液悬浮降噪材料，提出了配电房降噪改造措施，并通过现场试验验证了改造措施在降低变压器低频噪声方面的有效性。为变压器专门设计的隔声罩使用了复合微孔气液悬浮降噪材料和多层受约束板隔声技术，大幅降低变压器噪声通过空气向外辐射。该技术采用最经济、最有效的措施，可大幅降低配电开关房的建设投入和运行维护成本。

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何伟光.男，34岁，2012年毕业于四川大学电气工程学院，现从事配电运行管理工作

Application of a new composite material in the control of distribution room noise

He Weiguang,He Haoming,Liang Jingsheng

（Guangdong Grid Co Luogang Power Supply Bureau，Luogang，510730，China）

Abstract：This paperdeveloped a new composite microporous gas liquid suspension insulation material to solve residential power distribution room noise,and tested for its acoustic and burning properties,which both meet the relevant national standards.Designed transformer special acoustic enclosures with this material,and made a plan to reform distribution room, and conducted a field pilot test.The results show that the design of rehabilitation programs to reduce the transformer low-frequency noise is effective, distribution room noise from the original 56dB fell to 44dB, which meet the standard limits of ""Standard of Environmental Noise of Urban Area."".

Keywords：Distribution room noise;composite microporous gas liquid suspension insulation material; material properties;distribution room rehabilitation

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