消音降噪设备

“低频的嗡嗡声像是要穿透脑袋”，“严重时，能听到玻璃窗颤动的声音”，跟震颤结伴而来的，是一种声音，一种低闷的噪音———变电站噪声问题，亦是城市化前进步伐相随而来的回响，亟须环境部门、电网企业、设备制造商和相关科研机构协力面对和解决。　　随着城市化进程的加快，我国三大经济圈辐射地区出现了土地资源紧缺的现象，电力走廊受到挤压，无论是城市变电站还是郊区变电站，陆续出现了选址困难、部分在役站噪声对周边产生干涉的问题。目前我国的输变电噪声影响及控制实际生产力水平如何？城市变电站噪声的系统性控制及常态化治理该如何推进？今后变电站噪声及振动控制的发展趋势是什么？12月上旬，本报记者就此进行了走访调查。　　“不安静”的变电站　　目前大部分城市变电站存在亟须解决的噪声问题，或面临法律法规的限值要求、或须满足群众对于生活环境的敏感诉求。这就从主客观上需要电网企业采取更为行之有效的措施解决变电站噪声问题。　　初冬的北京，天黑得越来越早，车流汹涌的高架、霓虹闪烁的街角，都湮没在城市的声浪下。傍晚时分，记者跟随国网智能电网研究院的专家来到了位于朝阳区东三环的某220千伏变电站。　　记者在现场看到，这座变电站一侧临街，其他三面则被居民楼房紧紧环绕。记者目测，该变电站最近处距离居民窗户仅有20米左右。“随着北京城市发展，CBD区域寸土寸金，居民楼越建越密，渐渐把变电站都环绕起来了。”该站值守人员告诉记者，变电站承担着附近商户和居民区的供电任务，建设年代远比周边小区要早得多，但后续迁入的居民并不认可。　　站在该变电站楼顶的室外平台，记者看到，变压器四周和靠近冷却器的一侧都设置了5米左右高度的白色声屏障。走近细看，声屏障上面密密麻麻“布满了小点”。　　“面对居民的呼声,去年变电站进行了改造。包括声屏障、支撑架和施工费用共计80余万元。”国网智能电网研究院工程师樊超说，“嗡嗡”的噪声被声屏障 “内吸外隔”，解决了困扰变电站周围居民多年的噪声问题。　　目前，随着城市化进程的加快，无论是城市变电站还是郊区变电站，周边土地资源都日趋紧张，变电站周边建筑与人口密度逐步上升，变电站相邻区域声环境功能区类别迅速由3类区排放限值要求转变为2类区限值甚至1类区限值，噪声排放限值要求的提高对于变电站的噪声控制是个巨大的考验。与此同时，2014版《环境保护法》已修订通过，并将于2015年1月1日起施行。该环保法被喻为史上最严环保法，将敦促电网企业向着对环保问题零容忍的目标迈进。　　国网智能电网研究院工程师聂京凯告诉记者，目前在国内，不管是在变电站的设计还是建设过程中，均以变压器、电抗器等设备的电气性能作为优先考虑因素，而变电站的噪声主要以中低频噪声为主，这种中低频噪声波长大，衰减慢，对普通居民建筑物穿透力强，再加上噪声控制工程设计、施工、应用功能材料良莠不齐，实施的降噪效果往往与预期相差甚远。此外，目前完全满足变电站服役要求的低频吸声材料选择余地很小，这也客观造成了变电站噪声控制工程无米下锅的尴尬局面。　　此外，聂京凯强调，相关标准也并不是能够保证变电站和谐运行的充分准则，满足所在地居民实际感受，适度的提高排放、材料、验收等标准，排除将来超标的可能，降低二次治理的成本，才是噪声治理的关键所在。　　治理的困境　　我国变电站降噪治理面临材料体系不完善、降噪材料基本性能基础数据匮乏及检测能力不配套，针对地区气候特点及变电站服役特点的降噪材料匮乏，缺乏可直接应用的标准化、实用性、规范性的降噪材料、装置等。　　记者在国网智能电网研究院的 “电网环境保护与安全防护新材料新技术联合实验室”中，看到了各式各样奇形怪状的“房间”，有些墙面铺满纵横排列的尖劈，有些墙面镶嵌着大大小小的半圆，有些屋子里还堆满了器械、管道和屏幕。　　工程师肖伟民边带领记者参观，边向记者介绍这些“房间”的具体用途，它们分别是消声室、混响室、隔声室、振动试验平台等。“在这些实验室中，通过各类测试可以掌握必要的噪声频谱数据、变电站结构关键特征数据、典型材料的服役耐久性等。在调研基础上，确定材料开发目标，开发新型降噪材料、降噪结构，并完成材料的全面性能测试。”肖伟民说。　　“一方面，电网领域没有完善的针对变电站降噪材料、构件、装置的检验和评判标准可供依据。另一方面，对于材料、装置等的后续服役耐久性关注也严重不足。随着服役时间的延长，降噪材料、装置往往由于耐候性差而逐渐失效，使得变电站面临超标的危险。”聂京凯说。目前，我国城市变电站噪声主要由变压器、电抗器、电容器、母线、风机冷却设备产生，其中主变、电抗器是主要声源之一。“主变的噪声水平差距较大，ABB、西门子等产品整体噪声较国产产品要低，而东芝、日立等产品噪声水平基本与国产产品相当，噪声排放的差距主要是由于硅钢片取向质量、制造工艺、结构设计上存在的差异造成的。”聂京凯告诉记者，随着负荷的增加以及服役时间的延长，设备噪声水平还会增高。　　“国产变压器价格透明，利润微薄，且噪声要求在招标中也不是主要技术指标，没有强制的约束作为驱动，厂家也心有余而力不足，充分体现了高端电工装备制造企业的无奈。”樊超一席话，站在消声实验室里的大家愈发安静了。　　降噪将成常态化　　今后变电站降噪治理将从量体裁衣式的方式，逐步改变为成衣定制式的标准化设计方式，实施集约化管理，发挥规模优势，提高电网工程的建设和管理效率，使其能够满足大规模电网噪声控制的要求。　　北京西南部丰台区境内永定河畔，郁树翠烟，记者走进园博园110千伏变电站看到，这座小巧整洁的小楼安然静谧，与不远处的卢沟古桥遥相呼应。　　园博园变电站属于新建变电站，国网智能电网研究院通过 “系统化设计”、“多场耦合仿真模拟技术”和“微孔纤维复合吸声板”等噪声控制手段的综合运用，使该变电站建成即满足Ⅰ类声环境功能区的排放限值要求。据监测，该站昼间站界噪声排放仅为43.61分贝，是名副其实的低噪声绿色示范站。　　园博园变电站噪声控制工程的主要特色就是应用了国网智能电网研究院的一项最新研究成果———微孔纤维复合吸声板。“与传统材料相比，新材料的低频吸声性能提高2～3倍以上，在强度、耐候性方面也有无可比拟的优势。此外，新材料为环境友好型材料，与目前广泛使用的岩棉、玻璃棉等降噪材料相比，不会产生无机粉尘污染环境，具有回收再利用的环保特性。”樊超一边举着一块白色的微孔纤维吸声板小样，一边向记者介绍。　　谈到今后变电站降噪的发展趋势，聂京凯认为，随着近年来各网省公司噪声治理经费投入的逐年提升，城市变电站噪声的系统性控制也将成为常态化。　　“具体来说，噪声问题应从新建站及在役站分别对待。新建站应从规划、选址、降噪设计、降噪材料和装置的选配、降噪方案实施等综合考虑；而在役站应从噪声评估、站点实堪、降噪设计、降噪材料和装置的选配、降噪方案实施等综合考虑。”聂京凯告诉记者，目前变电站降噪措施缺乏系统性的规划，而且在治理方案上往往不考虑综合因素，仅做到头痛医头脚痛医脚，不能综合兼顾材料选用、结构匹配，改造成本也没有达到最经济的效果。　　在聂京凯看来，在变电站噪声控制领域，辅助降噪措施还将长期存在，且辅助降噪用材料、装置性能将不断得到完善和提高。而针对变电站辅助降噪的各种技术短板，变压器、电抗器等设备本体降噪材料的发展和应用将成为变电站发展的主流技术，“十三五”期间，本体降噪材料将得到充分发展和应用。于此同时，新一代有源降噪技术、基于声振信号的评估和在线监测技术、系统性降噪技术研究将逐步开展，各类降噪材料、装置相关测试、评价标准体系也会日益完善。综上所述，无论是辅助降噪、本体降噪、声振传感，均依赖材料科学的发展和进步。

[color=rgb(85,85,85)][font='宋体']隔声罩是[/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']把噪声源用隔声罩密闭起来，是降低噪声的有效途径。但某些机械设备由于外型和生产工艺上的要求很难达到完全密闭，这就需要根据实际情况进行具体设计。[/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ '][/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']组装式隔声罩可根据不同要求和特殊规格进行设计生产，隔声板符合通用化、系列化，设有单扇、双扇隔声门，隔声观察窗。可根据机械设备的不同散热性配备通风散热消声系统。[/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ '][/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']主要结构 [/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']　外壳由一层不透气的具有一定重量和刚性的金属材料制成，一般用[font=ˎ ̥ ]2[/font][font=宋体]～[/font][font=ˎ ̥ ]3[/font][font=宋体]毫米厚的钢板，铺上一层阻尼层。阻尼层常用沥青阻尼胶浸透的纤维织物或纤维材料[/font][font=ˎ ̥ ]([/font][font=宋体]用沥青浸麻袋布、玻璃布、毡类或石棉绒等[/font][font=ˎ ̥ ])[/font][font=宋体]，有的用特制的阻尼浆。外壳附加阻尼层是为了避免发生板的吻合效应和板的低频共振。外壳也可以用木板或塑料板制作，轻型隔声结构可用铝板制作。要求高的隔声罩可做成双层壳， 内层较外层薄一些；两层的间距一般是[/font][font=ˎ ̥ ]6[/font][font=宋体]～[/font][font=ˎ ̥ ]10[/font][font=宋体]厘米，填以[/font][/font][/color][url=http://www.cnasc.org.cn/xycl/][color=rgb(51,51,51)][font='ˎ ̥ ']多孔吸声材料[/font][/color][/url][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']。罩的内侧附加[/font][/color][url=http://www.cnasc.org.cn/xycl/][color=rgb(0,100,0)][font='ˎ ̥ ']吸声材料[/font][/color][/url][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']，以吸收声音并减弱空腔内的噪声。在这层[/font][/color][url=http://www.cnasc.org.cn/xycl/][color=rgb(0,100,0)][font='ˎ ̥ ']吸声材料[/font][/color][/url][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']上覆一层穿孔护面板，其穿孔的面积约占护面面积的[font=ˎ ̥ ]20[/font][font=宋体]～[/font][font=ˎ ̥ ]30[/font][font=宋体]％。在罩和机器、罩和基础之间，通常填以橡皮垫，以防止振动的传输。可以开启的活门和观察孔，要密封好。对于需要散热的设备，应在隔声罩上留有必要的通风管道。这种管道要有消声结构，或者装消声器。在设计隔声罩时，要注意满足工艺和维修的要求，有时要采取防止油污、粉尘和腐蚀等措施。不同构造的隔声罩及其所达到的效果如图所示。 [/font][/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ '][/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ ']隔声罩适用于降低各类鼓风机、引风机、粉碎机、球磨机、电机、罗茨风机、空压机、水泵等设备的噪声。它即可隔离设备的高噪声，又可作为高噪声区域的控制室，减少高噪声对人体的危害。 [/font][/color][color=rgb(85,85,85)][font='ˎ ̥ '][/font][/color]

过量的噪声和振动将严重影响乘客和轨道交通沿线人们正常的生活、工作和休息、损害身心健康、降低工作效率；另一方面，噪声和振动还可能引起轨道交通系统相应的设备和结构以及周边建筑物和设备的疲劳损坏，缩短有效使用寿命。由此，轨道交通噪声和振动的控制已成为改善乘客舒适性和环境保护的重要内容之一。所以，减小列车的振动和噪声水平、减少轨道交通引起的振动和噪声问题就成为轨道交通车辆制造和系统建设中的十分重要的问题。　　 轨道交通振动与噪声源主要包括：　　 (1) 主要振动源　　 ◆ 列车与结构的动态相互作用；　　 ◆ 车辆动力系统振动；　　 ◆ 轨道结构振动；　　 ◆ 轮轨不平顺；　　 (2) 主要噪声源　　 ◆ 轮轨噪声，包括滚动噪声、冲击噪声、摩擦噪声。　　 ◆ 结构噪声（由于轮轨表面相互作用产生的振动通过轨道、桥梁和地基等传递导致相应结构振动而辐射噪声）；　　 ◆ 车辆动力设备噪声，包括牵引电机、通风机以及压缩机等设备噪声，集电弓噪声；　　 ◆ 车辆运行时的空气动力噪声。　　 针对轨道交通的振动和噪声控制问题，开展过大量的研究工作。主要围绕振源与声源控制、振动传播与声传播控制以及材料和结构控制等三大方面展开研究并采取振动和噪声控制措施。　　 采用弹性车轮、充气橡胶车轮、阻尼车轮及弹性踏面车轮等技术，通常可减振降噪达到2-10dBA。　　 用改变车轮结构的方法来改变噪声的发射性能，降低轮轨噪声。国外的有些厂家，例如，德国通过把制动盘放在轮辐上来减少噪声的发射，其试验结果证明对1000Hz以上的噪声有明显的抑制作用，大约可降低噪声5dB左右。　　 采用减振降噪动力驱动系统，例如，运用线性电机驱动及径向转向架。温哥华、多伦多、底特律、大阪等在二十世纪八十年代的轨道交通系统中，采用了线性电机车辆。此外，由于采用径向转向架，车辆能顺利地通过曲线，减少轮轨磨耗和消除常规固定轴距转向架通过曲线时刺耳的尖叫声，所以，噪声比一般车辆降低近20dBA，特别适用于高架轨道交通系统。　　 轨道结构主要由钢轨、扣件及轨下基础组成。根据振动理论，轮轨之间的振动噪声与钢轨各部件的质量、刚度以及结构阻尼联系密切。轨道结构的减振降噪，主要是通过改变结构参数来实现的。　　 国外在轨道结构方面已尝试了许多减振降噪措施，主要有：　　 1. 采用焊接长钢轨；　　 2. 采用减振型钢轨；　　 3. 采用减振型扣件；　　 4. 采用减振型轨下基础；　　 5. 采用钢轨打磨技术。　　 这些措施均已被证明具有不同程度的减振降噪效果，适应于环保要求。　　 减振型轨下基础的研究也很有价值。为了适用于不同减振要求，各国都对传统的碎石道床与整体道床作了大量改进研究工作，开发了各种减振型轨下基础。主要有：在碎石道床的基础上，研制了弹性轨枕道床和道碴垫道床，增加道床弹性，有效降低道碴振动，与一般碎石道床相比，其减振效果可达5-15dB。在整体道床基础上，实用技术有短轨枕包套式和弹性长轨枕整体道床。在**新干线的特殊减振地段，采用了防振型板式轨道。在新加坡、香港地铁中，特殊减振地段采用浮置板结构，减振效果非常显著。进行轨道不平顺控制也能获得很好的减振降噪结果。例如，钢轨打磨后，在振动频率为8-100Hz范围内，振动下降4-8dBA，站台上的振动下降5-15dBA。证明了控制轨道不平顺是降低轮轨之间振动与噪声的有效措施。　　 目前，国外高架桥结构大多采用箱形梁形式。据**在山手线对各种构造形式、断面形式和不同跨度的桥梁所进行的对比试验结果，表明控空板形式噪声最低。近年来，新建的巴黎地区快速铁路高架桥和新加坡高架铁道均采用箱形梁。研究箱形梁的减振降噪是国际上在这一领域的热点。　　 吸声桥面和路面研究。高架轨道交通线的桥面是声的反射面，降低桥面的声反射，可以大大降低轨道交通列车通过时的噪声。　　 吸声结构研究。高架轨道交通噪声的各个声源中，桥梁振动的辐射噪声对周边环境，尤其是低楼层噪声敏感区的声环境有较大影响。高吸声、[wiki]安全[/wiki]、美观、易清洗保养是设计吸声结构的要点。　　 声屏障是降低轨道交通运行噪声的有效措施。美国、**、英国、法国、澳大利亚及香港地区，都在交通主干线上修建声屏障并取得了较好的噪声治理效果。　　 声屏障是地面和高架轨道交通采用的最常用的降噪方法。由于轨道交通的横截面通常尺寸紧凑，声屏障已经接近线路的设备限界，列车车身与屏障之间的距离很小，一般小于一米。车身外板的材料通常是不吸声的金属，如果声屏障也用不吸声或吸声系数很小的材料制成，则噪声的声波将在车身和声屏障间的窄弄中来回折射，最后从上方逸出，声屏障的降噪效果就很差，因此不吸声的隔声型声屏障不适合轨道交通。只有吸声系数大于0.8的声屏障才有比较好的降噪效果。　　 声屏障技术应用都比较普遍，现有的吸声型声屏障均为板式结构。频带窄，尤其是低频段吸声系数小，通常吸声系数只有0.5左右，是现有吸声型声屏障（或组合型声屏障的吸声单元）的共同缺点。　　 除此之外，现有吸声型声屏障还存在其他问题。总之，由于交通噪声主要成份分布在100～5kHz，单纯阻性吸声或抗性材料难以在如此宽的频率范围内达到满意的吸声效果，而将研究阻抗复合型声屏障作为拓宽吸声频带、提高降噪效果的主要方向。如何降低成本、厚度、尺寸和重量，提高使用寿命，是新型声屏障研制者的追求。