一种电容器底部隔声腔尺寸优化方法

[5]。袁剑等提出采用新型的复合降噪材料措施来降低电容器噪声, 其仿真结果表明:吸声结构的降噪量可以达到达6 d B[6]。黄国兴等设计了复合微穿孔板吸声结构的电容器, 实验结论:电容器底部和顶部的噪声量降低了6 d B~7 d B[7]。甘林等设计了一种波纹管减振器, 实验表明:电容器底面方向降噪量达到9 d B[8]。上述降噪研究能够有效地降低电容器噪声, 但考虑到电容器产品需要具有20年以上正常工作时间的特点, 电容器生产企业采用的方法是在电容器底部增加隔声腔来降低噪声。采用在电容器底部增加隔声腔的方法进行降噪时, 需要通过实验测试的方法来确定隔声腔的结构参数。这种实验测试方法不仅消耗大量的人力物力, 而且会带来电容器产品周期难以控制的问题。因此, 亟需对电容器底部隔声腔正向设计与优化方法开展研究。

1 电容器底部隔声腔隔声机理分析

如图1所示, 从电容器内部传递出来的声波, 一部分声能Er1被反射, 另一部分声能Ei1引起隔声腔第一块钢板振动, 并对隔声腔中的空气层辐射噪声。

图1 声能在隔声腔中的传递

。我们可以把电容器底部隔声腔等效成为一个“质量-弹簧-质量”振动模型。

推导出电容器底部隔声腔声压透射系数tp2表达式为[11–12]

电容器单底面和电容器底部隔声腔的隔声量L可以表示为

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表1 电容器底部隔声腔结构的材料属性   

表2 隔声腔网格划分要求   

[13]。本文在LMS Virtual Lab Acoustics中对隔声腔结构网格进行直接声振耦合计算, 将仿真得到的隔声量与频率之间的特性曲线采用频谱修正。用1/3倍频程来评价隔声腔的隔声性能, 与正常工况下电容器底部辐射噪声贡献频率保持一致, 频带计算范围设为100 Hz~1 000 Hz, 得到A计权隔声量, 如图5所示。

图4 隔声腔有限元网格   下载原图

从图5可知, 隔声腔在中高频的隔声量比低频范围的隔声量要高, 并且隔声腔的隔声量在噪声贡献频率为630 Hz处有一个峰值。

由式 (3) 可知, 隔声腔尺寸D对于隔声量有较大的影响, 因此, 有必要对隔声腔尺寸D进行优化, 找到一种满足工程应用要求的最优隔声腔尺寸。本文在2.2.2所建立的有限元模型基础上, 将隔声腔有限元仿真模型导入到LMS Virtual Lab Optimization模块中进行优化分析, 将隔声腔尺寸D作为其优化目标, 利用DOE技术对其进行优化分析[13], 得到隔声腔尺寸D优化结果。 3 电容器底部隔声腔噪声实验对比

以某型号电容器为实验测试对象, 其实际加工的底部隔声腔长宽尺寸为383 mm×197 mm, 隔声腔尺寸D为35 mm, 钢板厚度为2 mm, 测试标准按照GB/T32524.1-2016进行。电容器噪声场点布置为:同时将五个声压传感器布置在距离电容器各面1 m左右, 如图7所示。