УСТРОЙСТВО С ПОНИЖЕННЫМ ШУМОМ И СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ШУМА
DEVICE WITH DECREASED NOISE, AND NOISE REDUCTION METHOD

Изобретение относится к устройству с по меньшей мере одной звукоизолирующей областью и к способу снижения шума.
В плоскостных панельных структурах в механических или электрических установках посредством прямого и косвенного вибрационного возбуждения (силовая нагрузка, звукопроводность) возбуждаются изгибные колебания, которые, в особенности при возбуждении собственных колебаний, имеют значительные поверхностные вибрации и связное с этим нежелательное звукоизлучение. Для повышения статической и/или динамической нагрузочной способности такие плоские панельные структуры часто усиливают посредством ребер или гофр. Если эти элементы увеличения жесткости помещают в зонах панелей, где в панелях без усиления жесткости проявляются максимумы колебаний (пучности колебаний), то связанное с этим локальное повышение изгибной жесткости обуславливает заметное локальное снижение амплитуды вибраций и звукоизлучения, а также измененную характеристику собственных колебаний всей панельной структуры. Максимумы изгибного отклонения и звукоизлучения в жесткой панельной структуре локализованы в центрах отдельных частичных участков пластины между элементами жесткости.
Не усиленная или усиленная тонкостенная панельная (пластинчатая) структура представляет собой систему, способную к колебаниям. Силы инерции во внутренности пластины приводят к продольным волнам, волнам растяжения, сдвиговым и изгибным волнам. При тонкостенных пластинчатых структурах (у которых протяженность пластины перпендикулярно плоскости существенно меньше, чем в плоскости) и/или при вибрационном возбуждении перпендикулярно поверхности пластины возникают исключительно изгибные волны, которые релевантны для звукоизлучения. Отличительным признаком для изгибных колебаний демпфируемой пластинчатой структуры являются зависимые от места и времени амплитуды (прогиб), а также скорость вибрации. Во флюиде (газе или жидкости), окружающем панель, подвергаемую изгибным колебаниям, возбуждаются продольные колебания, которые в акустическом частотном диапазоне воспринимаются как нежелательный звук. Степень излучения звука зависит главным образом от величины вибрирующей плоскости, скорости вибраций в нормальном направлении к поверхности, а также от пространственного распределения амплитуд вибрации и фазового положения вибрации.
Уменьшение излучения шума до сих пор осуществлялось пассивными или активными мерами. В качестве пассивных мер известны:
(1) Расстройка выполняющей изгибные колебания пластинчатой структуры (например, котельной конструкции), например, посредством нанесения дополнительных масс для сдвига частоты, чтобы избежать возбуждения собственных мод, или посредством установки элементов жесткости (ребер, гофр, двойных стенок, многослойных структур). Эта мера имеет недостаток, заключающийся в сильном увеличении общей массы и негативном воздействии на эстетику поверхности.
(2) Окружение кожухом вибрирующей пластинчатой/котельной конструкции. Здесь недостатки включают в себя высокие затраты и высокую потребность в месте для размещения. Часто к тому же действенное с точки зрения звука полное окружение кожухом невозможно (подводящие магистрали, отверстия для доступа). К тому же, требуемый отвод тепла препятствует полному окружению кожухом.
(3) Прикрепление акустических изоляционных пластин с высоким акустическим ослаблением, например пористых поглотителей, изолирующей шерсти, многослойных структур с сильно ослабляющими и звукоотражающими слоями. Здесь недостатками является низкая эффективность звукоизоляции в определяемых жесткостью и массой частотных диапазонах колебаний пластин.
(4) Снижение интенсивности источников вибраций или их звукопроводности посредством снижения сил, возбуждающих колебания (например, в трансформаторах посредством снижения магнитной индукции), или посредством снижения мощности машины или передаваемой мощности. Однако это является очень дорогостоящим решением, сильно снижающим полезный результат для потребителя.
В качестве активных мер известны:
(5) Активная компенсация вибраций и звука за счет регулируемого активного приложения сил к вибрирующим пластинам посредством пьезоэлектрических, электромагнитных или магнитострикционных исполнительных элементов, и
(6) Активная компенсация звука посредством эха.
В работе S. Langer, «Schalltransmission durch Isolierverglasung», Dissertation, Braunschweiger Schriften zur Mechanik Nr. 41, Braunschweig, 2001, описана FEM/REM модель для распространения звуковых волн и прохождения звука через множество застекленных окон, а также динамические процессы взаимодействия. При этом оконные стекла, которые ввиду изменений звукового давления окружающего воздуха испытывают изгибные колебания и моделируются как пластины Кирхгофа, а также заполненное газом промежуточное пространство между стеклами и замкнутые заполненные воздухом помещения здания обрабатываются посредством FEM. При этом применяется то, что для звука нужна среда для распространения. При уменьшении давления газа в пустом пространстве изменяется плотность воздуха. При этом можно ожидать изменения скорости звука
при этом ρ - плотность газа, р - давление газа, и к - коэффициент изоэнтропии. Хотя коэффициент изоэнтропии является функцией температуры и давления газа, при упрощающем предположении идеального газа можно, однако, пренебречь зависимостью от давления. Таким образом, изменение давления газа в воздушном заполнении пустого пространства имеет следствием только изменение плотности газа. Скорость звука остается, в предположении распространения звука без потерь в воздухе, неизменной. Прохождение звука вновь зависит от отношения акустического импеданса обеих сред. В зависимости от геометрических размеров, свойств материала стеклянных панелей, а также свойства звука в газе в вакуумно-нагруженном пустом пространстве (модуль сжатия, плотность и получаемая в результате скорость звука), изолирующее окно имеет частотно-зависимую меру звукоизоляции. Типовой ход кривых звукоизоляции для пустого пространства с воздушным заполнением при нормальных условиях, а также при условиях пониженного давления (разрежения) принципиально одинаков, однако уровень звукоизоляции отличается сильно. В частности, пониженное давление в пустом пространстве уменьшает связь между оконными стеклами. Также описано применение многослойного стекла, за счет чего получается дальнейшее снижение прохождения звука. В частности, демпфирующий характер дополнительных поглощающих материалов обуславливает существенно более плавный ход частоты кривых ослабления звука, то есть сильное падение ослабления при определенных частотах уменьшается. Согласно работе C. Filthaut «Schwingungsdämpfung mittels Verbundblechen aus Stahl und Kunststoff»; Haus der Technik (Veranst.), Essen, 1999, действие ослабления такого биметаллического листа состоит в том, что в промежуточном слое при изгибных колебаниях вынуждаются пульсирующие деформации, из-за чего там вследствие внутреннего трения энергия колебаний поглощается.
Согласно работе A. Meier «Die Bedeutung des Verlustfaktors bei der Bestimmung der Schalldämmung im Prüfstand»; Dissertation; Shaker, Aachen 2000, мера ослабления звука простых стенок согласно экспериментально определенному массовому закону Берга составляет
n
причем m обозначает приведенную к поверхности массу пластины, и ω=2πf - круговую частоту звуковой волны, падающей под углом θ к нормали к пластине.
Задачей настоящего изобретения является обеспечить экономичную и сравнительно просто реализуемую возможность уменьшения звукоизлучения, в частности, из-за участков пластины, совершающих изгибные колебания.
Эта задача решается устройством и способом согласно ответствующим независимым пунктам формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения следуют, в частности, из зависимых пунктов формулы изобретения.
Устройство содержит по меньшей мере одну область, подлежащую демпфированию, которая покрыта, по меньшей мере частично, по меньшей мере одной вакуумной панелью. При этом на основе характера покрытия посредством вакуумной панели она находится на расстоянии от демпфируемой области, так что между демпфируемой областью и вакуумной панелью образуется по меньшей мере одно нагружаемое пониженным давлением пустое пространство (полость). Для этого полость, при необходимости, через дополнительные полости связана со средством вакуумирования или создания пониженного давления, например вакуумным насосом, которое создает и поддерживает пониженное давление (вакуум) в режиме регулирования.
За счет вакуумно-нагружаемой в режиме регулирования полости излучение шума эффективно достигается посредством только уменьшения звукоизлучения уже ввиду сокращения прохождения звука через полость между корпусом и вакуумной панелью. При пониженной за счет вакуума плотности в полости сокращается акустический импеданс, и звукопроводность эффективно уменьшается на обоих переходах между твердым телом и вакуумом. Достигается сокращение скорости поверхностных вибраций и, тем самым, величины корпусного шума и степени излучения излучающей в окружающую среду поверхности вакуумной панели по сравнению с не оснащенной вакуумными панелями областью.
Предпочтительным образом по меньшей мере одна вакуумная панель закрепляется в области с малыми вибрациями устройства, чтобы поддерживать малой передачу колебаний между устройством и вакуумной панелью через механический контакт между ними. Под областью с малыми вибрациями понимается область, в которой по сравнению с другими областями преобладают лишь малые амплитуды вибраций (с амплитудами не более 20%, предпочтительно не более 10% от максимальной амплитуды), в частности локальные минимумы колебаний. Прикрепление осуществляется предпочтительно приближенно в форме точек и/или линий.
Кроме того, предпочтительным является устройство, на котором по меньшей мере одна вакуумная панель в режиме регулирования закрепляется на устройстве за счет пониженного давления (вакуума) в полости. За счет этого передача корпусного звука от устройства к панели ослабляется, в особенности по сравнению с постоянным жестким физическим соединением.
Для достаточной вакуумной прочности и для дополнительной развязки колебаний между корпусом и вакуумной панелью является предпочтительным, если вакуумная панель прилегает к корпусу через упругое пластиковое уплотнение. Особенно предпочтительным является, если упругое пластиковое уплотнение имеет форму уплотнительного кольца круглого сечения, особенно кольца круглого сечения кромочного уплотнения. Для повышения вакуумной прочности предпочтительным является уплотненное силиконом упругое пластиковое уплотнение.
Также является предпочтительным устройство, в котором покрытые по меньшей мере одной вакуумной панелью или ограниченные полостью области, по меньшей мере частично, сформированы подобными пластинам или оболочке и предпочтительно не упрочнены посредством элементов жесткости. Демпфируемые области могут иметь обычные элементы жесткости (ребра, гофры и т.д.) или отказываться от них. Иными словами, вакуумная панель может перекрывать элементы жесткости или они ограничиваются полостью.
Кроме того, является предпочтительным, если демпфируемая область имеет стенку, в частности внешнюю стенку устройства.
По меньшей мере одна вакуумная панель предпочтительным образом размещена тогда, по меньшей мере частично, вблизи по меньшей мере одного элемента жесткости, в частности элемента жесткости, который граничит с демпфируемой областью. Так как для достижения достаточной жесткости устройства так или иначе часто предусматриваются элементы жесткости (например, ребро или гофр), в окружении которых возникают меньшие амплитуды колебаний, присоединение вакуумных панелей там является предпочтительным ввиду лишь незначительных конструктивных дополнительных расходов. В последующем, если явно не выражено иное, описывается устройство на основе накрытых участков стенок в форме пластин, под которыми следует понимать как плоские, так и изогнутые тонкие участки (участки оболочки).
Чтобы избежать падения вакуумных панелей при потере пониженного давления, предпочтительным является устройство, которое имеет, кроме того, элемент защиты при нарушении вакуума для механической фиксации по меньшей мере одной из вакуумных панелей при отсутствии вакуума между по меньшей мере одной из вакуумных панелей и устройством. Оно может иметь, например, простой выступ, который на стороне, противоположной устройству, достигает вакуумной панели. Для того чтобы к началу режима регулирования вакуумных панелей не требовалось бы нажимать на устройство, предпочтительным является, если посредством элемента(ов) защиты при нарушении вакуума вакуумная панель таким образом удерживается на устройстве, что образуется достаточно плотная для присасывания вакуумной панели полость.
Для дальнейшего ослабления шума является предпочтительным, если по меньшей мере одна полость между устройством и по меньшей мере одной вакуумной панелью, по меньшей мере частично, заполнена по меньшей мере одним звукопоглощающим материалом, например изолирующей шерстью и/или пористым поглотителем.
Для дополнительной шумоизоляции предпочтительным является, если вакуумная панель выполнена многослойной (многослойная или комбинированная плита).
Может быть предпочтительным, если вакуумная панель выполнена только двухслойной, причем один слой панели выполнен как поглощающий слой, в частности демпфирующий пластиковый слой. Другой слой панели (несущий слой) может, в частности, определять механические свойства (характеристику колебаний, жесткость и т.д.) и предпочтительным образом выполнен из металла (стали, алюминия, сплавов из них и т.д.), пластика, керамики или комбинированного материала.
Вакуумная панель может также иметь несущий слой, на который с обеих сторон нанесено по одному поглощающему слою, в частности демпфирующий слой пластика, что обеспечивает трехслойный плакированный листовой металл.
Кроме того, может быть предпочтительным, если вакуумная панель имеет по меньшей мере два, в особенности металлических, несущих слоя с размещенным между ними поглощающим слоем, в частности слоем пластика, особенно вязкоупругого пластика.
За счет применения звукопоглощающего слоя обеспечивается дополнительное снижение прохождения звука. В особенности демпфирующий характер дополнительных поглощающих материалов обуславливает существенно более плавную частотную характеристику кривой звукоизоляции, то есть может уменьшаться падение ослабления при определенных частотах.
В качестве альтернативы или дополнительно, может также быть предпочтительным, если между по меньшей мере двумя слоями вакуумной панели по меньшей мере в режиме регулирования имеется вакуумно-нагружаемая полость.
Эти слоистые системы могут в общем случае обобщаться на более чем три слоя.
На устройстве, в особенности на стенке устройства, вакуумные панели могут размещаться с внешней стороны, с внутренней стороны или с обеих сторон (с внутренней и с внешней сторон).
Вакуумная панель (включая способное к колебаниям крепление и вакуумное уплотнение) предпочтительно проектируется таким образом, что в демпфируемом частотном диапазоне не образуются доминантные собственные моды или резонансные частоты.
Также является предпочтительным, если толщина вакуумной панели (звукоизоляционной панели) и ее расстояние до демпфируемой области выбираются таким образом, что предотвращается прогиб вакуумной панели, который ведет к контакту с демпфируемой областью.
Для звукоизоляции также является предпочтительным, если масса вакуумной панели является намного меньшей, чем масса соответствующей по площади демпфируемой области, в частности участка стенки, конкретно панелеподобной области.
Устройство предпочтительно выполнено как корпус.
Корпус предпочтительно выполнен для размещения электрического или механического прибора, в частности для размещения трансформатора, более конкретно - масляного трансформатора или двигателя, например генератора тока.
В способе для снижения шума вакуумная панель за счет вакуума таким образом присасывается к устройству, что между вакуумной панелью и демпфируемой областью образуется вакуумно-нагруженная полость.
С учетом механизмов возбуждения и излучения, в частности, за счет подразделения упрочненной пластинчатой структуры на передающие усилия элементы жесткости (ребра/перемычки, гофры и т.д.) и акустически развязанные облицовочные панели можно достичь значительного снижения шума.
На последующих чертежах изобретение схематично более детально описывается на примерах осуществления, в которых только для наглядности устройство выполнено как корпус. При этом для лучшей наглядности одинаковые или одинаково действующие элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг.1А показывает пространственное представление корпуса с примерным найденным распределением амплитуд вибрации;
фиг.1В показывает на двух частичных изображениях другие возможные резонансные распределения амплитуд вибрации выделенных участков корпуса по фиг.1А;
фиг.2 показывает представление в разрезе на виде сбоку фрагмента корпуса по фиг.1А с закрепленными на нем вакуумными панелями;
фиг.3 показывает вид сверху фрагмента по фиг.2;
фиг.4 показывает на двух частичных изображениях фиг.4А и фиг.4В, соответственно, представление в разрезе на виде сбоку увеличенного фрагмента устройства по фиг.2 около краевой области вакуумной панели с различными выполнениями фиксатора при потере вакуума;
фиг.5 показывает на двух частичных изображениях фиг.5А и фиг.5В, соответственно, представление в разрезе на виде сбоку увеличенного фрагмента устройства по фиг.2 около краевой области вакуумной панели с различными выполнениями вакуумной панели;
фиг.6 показывает представление в разрезе на виде сбоку другого возможного выполнения вакуумной панели.
Фиг.1А показывает открытый корпус 1 для размещения не показанного здесь масляного трансформатора и соответствующего этому масляного заполнения. Для этого открытый корпус 1 имеет пять прямых стенок, из которых здесь две боковые стенки 2 видны снаружи, а две другие боковые стенки 3 видны изнутри. Стенки 2, 3 имеют, соответственно, пластиноподобную основную форму, то есть они по сравнению с их плоскостной протяженностью имеют малую толщину. На внешних сторонах стенок 2, 3 для их стабилизации размещены ориентированные наружу ребра 4 жесткости. Стенки 2, 3 могут также рассматриваться как пластины, выполняющие изгибные колебания, упрочненные ребрами жесткости. При размещенном трансформаторе открытая верхняя сторона 5 закрывается крышкой (не показана), которая также может иметь ребра жесткости. За счет ребер 4 жесткости соответствующая боковая стенка 2, 3 механически усиливается и за счет этого вблизи ребер 4 реагирует меньшей вибрацией на колебательное возбуждение из-за трансформатора. Иными словами, область 6 около ребра 4 жесткости и вблизи вокруг него представляет собой область корпуса 1 с низкими вибрациями. Сравнительно высокие амплитуды вибрации формируются при этом в не усиленных пластиноподобных (частичных) областях 6 рядом с ребрами 4 жесткости. При этом необязательно, чтобы эти подверженные вибрациям области 6 на полной поверхности имели более высокие амплитуды вибраций или колебаний, чем область с низкими вибрациями около ребра 4 жесткости и вблизи вокруг него; скорее в не усиленной области 6, в зависимости от типа возбуждения, могут возникать стационарные узлы колебаний, которые обуславливают область с низкими колебаниями также на некотором удалении от ребер 4 жесткости. Также кромки и т.п. могут обусловить области с низкими колебаниями.
Кроме того, для примера показана выделенная, обозначенная пунктиром не усиленная область 6 боковой стенки 2 корпуса 1, которая частично окружается ребрами 4 жесткости, и сама не имеет таких ребер жесткости. В этой обозначенной пунктиром области 6 здесь только для примера с помощью линий уровня показана интенсивность амплитуды колебаний при возбуждении, типичном для трансформатора. В пунктирной области 6 возникают два локальных максимума амплитуды колебаний Amax, которые необязательно будут иметь одинаковую интенсивность. Между ними амплитуда колебаний спадает и достигает примерно в середине между обоими максимумами амплитуды Amax области с низкими вибрациями относительного минимума амплитуды Amin.
Фиг.1В показывает для примера показанную на фиг.1А обозначенную пунктиром область 6 с двумя другими возможными распределениями амплитуд колебаний, которые формируются при различных возбуждениях. На левом частичном изображении в показанной области 6 боковой стенки 2 формируется только один максимум амплитуды Amax вибрации, причем образец вибрации распространяется по этой области в форме единственной пучности колебаний.
Как показано на правом частичном изображении, также возможны условия возбуждения, при которых смогут образовываться в рассматриваемых областях несколько (в данном случае три) максимумов колебаний Amax, так что подобно показанному на фиг.1А примеру между ними могут образовываться области со сравнительно низкими вибрациями с локальными минимумами колебаний Amin тоже без обеспечения ребер жесткости или других элементов жесткости, таких как гофры и т.п.
За счет колебаний стенок корпуса звук излучался бы в окружающую среду и воспринимался бы как значительная помеха. Это звукоизлучение может уменьшаться с помощью прикрепления вакуумных панелей на корпус или на его стенки, как будет описано более детально ниже. Чтобы достичь высокой звукоизоляции, требуется предотвратить, чтобы вакуумные панели сами приводились в колебания. Прикрепление одной или более вакуумных панелей в области 6, показанной пунктиром на фиг.1А и, кроме того, показанной на фиг.1В, должно осуществляться в области с низкими вибрациями. Поэтому в каждом из показанных на фиг.1А и 1В случаев вакуумная панель может накладываться у внешней кромки области 6, как показано пунктирной линией 7 накладки. Вакуумная панель перекрывает тогда, в зависимости от возбуждения, одну или несколько сильно вибрирующих (соответственно имеющих локальный максимум вибрации) частичных областей. В случаях, показанных на фиг.1А и на фиг.1В, на правом частичном изображении закрепление или опирание (опорный участок) 8 вакуумной панели может быть реализовано также в частичной области с низкими вибрациями (соответственно имеющей локальный минимум вибрации). Альтернативно, вакуумная панель может также опираться, по меньшей мере частично, на элемент жесткости.
Опирание вакуумной панели 11 осуществляется предпочтительно, в общем, с помощью окружающего по периметру уплотнительного кольца круглого сечения на участках пластин корпуса с пониженными вибрациями, например рядом со снабженными ребрами жесткости или гофрами зонами или в области узловых линий доминантных мод собственных колебаний участков пластин корпуса между структурами элементов жесткости. Здесь могут располагаться дополнительно требуемые опорные участки в форме точек или линий.
Фиг.2 показывает фрагмент боковой стенки 2 корпуса 1 по фиг.1А в вертикальном направлении (вдоль оси z), который сбоку ограничен двумя ребрами 4 жесткости, между которыми в середине имеется другое ребро 4 жесткости. Боковая стенка 2 между ребрами 4 жесткости для приема нагрузки повышенных давлений во внутреннем пространстве 9 корпуса 1 слегка изогнута внутрь (противоположно оси х). При работе размещенного в корпусе 1 трансформатора, в частности масляного трансформатора, в котором внутреннее пространство заполнено маслом, боковая стенка 2 вибрирует ввиду проводимого маслом гудения трансформатора. Как показано на фиг.1А и фиг.1В, стенка 2 около ребра 4 жесткости или вблизи него имеет сравнительно низкие вибрации; сильные вибрации возникают скорее в ограниченных ребрами 4 жесткости пластиноподобных участках 6 стенок, как для примера указано двойной стрелкой, обозначенной как А1. Определяющие генерацию звука колебания лежат перпендикулярно поверхности пластиноподобной области 6 или примерно параллельно к ее нормали к поверхности. Каждая из двух показанных, не снабженных элементами жесткости пластиноподобных областей 6 накрыта, соответственно, посредством вакуумной панели 11 в форме пластины.
Вакуумная панель 11 в форме пластины сама представляет собой систему, способную к колебаниям, собственные частоты которой устанавливаются посредством ее геометрии (толщина, длина, ширина), физических свойств (модуль упругости, плотность), ситуации закрепления, а также при одностороннем нагружении давлением посредством результирующих краевых условий для сил. Колебательные свойства вакуумной панели 11 могут определяться, например, с помощью теории пластин Кирхгофа или уравнения изгибных волн по Тимошенко-Миндлину (Timoshenko-Mindlin). Вакуумная панель 11 проектируется таким образом, что в демпфируемом частотном диапазоне не находятся никакие доминантные собственные моды или резонансные частоты. Кроме того, толщина вакуумной панели 11 выбирается таким образом, что в зависимости от полевых измерений и жесткости при изгибе посредством дифференциального давления (давление окружающей среды - пониженное давление в полости 13) предотвращается прогиб вакуумной панели 11, который ведет к контакту с расположенной ниже пластинчатой структурой 6.
Также масса вакуумной панели 11 для развязки по звуку намного меньше, чем масса равных по площади демпфируемых пластинчатых структур 2, 6.
Соответствующая вакуумная панель 11 опирается через вакуум-плотный краевой элемент уплотнения 12 на расположенную между ребрами 4 жесткости область 6 и покрывает ее вплоть до незначительного зазора с соответствующим ребром 4 жесткости. Краевое уплотнение служит, к тому же, как дистанционная прокладка между пластиной 6 и изоляционной панелью 11.
Посредством вакуумной панели 11, стенки 2 корпуса и окружающего краевого уплотнения 12 создается пустое пространство (полость) или промежуточное пространство 13 между вакуумной панелью 11 и стенкой 2 корпуса, которое через соответствующую вакуумную магистраль 14 соединено с по возможности малошумящим вакуумным насосом 15. Вакуумный насос 15 подключен в принципе последовательно или параллельно к полости 13. В стационарном режиме вакуумный насос 15 должен только компенсировать потери интенсивности истечения; размеры вакуумного насоса 15 могут выбираться соответственно малыми. Также не требуется непрерывный режим работы вакуумного насоса 15, если за счет регулирования давления гарантируется достаточное пониженное давление в пределах диапазона регулирования давления.
A
A
При работе вакуумного насоса 15 за счет возникающего в полости 13 вакуума вакуумная панель 11 с силой F присасывается или притягивается к стенке 2 корпуса или области 6 в форме пластины, как показано стрелкой. Пониженное давление (вакуум) при этом предпочтительно выбирается таким, что сила F прижатия, в зависимости от горизонтального или вертикального положения вакуумных панелей 11, надежно удерживает их в установленном перед этим положении, противодействуя всем статическим (например, силе тяжести) и динамическим силам (при всех рабочих условиях). Установленный таким образом в полости 13 вакуум обеспечивает тем самым, с одной стороны, надежную посадку вакуумной панели 11 на стенке 2, 6 корпуса и обуславливает, с другой стороны, снижение шума ввиду пониженного возбуждения колебаний вакуумной панели 11 на основе звукопередачи от пластиноподобной области 6 через полость 13. Иными словами, меньшее давление в полости 13 уменьшает связь между вибрирующей пластиной 6 и вакуумной панелью 11 и улучшает действие звукоизоляции.
Демпфирование колебаний становится еще более эффективным за счет того, что возбуждение колебаний вакуумной панели 11 на основе передаваемого через крепление 16 с корпусом 2, 6 корпусного звука является малым, так как вакуумное уплотнение 12 является сравнительно мягким и, кроме того, крепление вакуумной панели 11 не является постоянным. Скорее при снижении или потере вакуума вакуумная панель 11 без каких-либо дополнительных мер отсоединяется от корпуса 2, 6.
Чтобы предотвратить то, что при намеренной или ненамеренной потере вакуума вакуумная панель 11 отпадет от корпуса 2, 6, здесь для примера показаны точечный фиксатор 16 от потери вакуума и линейный фиксатор 17 от потери вакуума, которые улавливают вакуумную панель 11 при потере вакуума. Здесь конструктивно за счет положения и геометрии фиксаторов гарантируется, что через фиксаторы в режиме регулирования при наличии вакуума не осуществляется никакая заметная передача вибрации на панель. При потере давления сохраняется остаточное действие звукоизоляции посредством свойств звукопоглощения панели и конфигурации полости.
Для того чтобы при повторном создании вакуума в полости 13 не требовалось вакуумную панель 11 по отдельности вновь приводить в прижатое состояние на корпусе, а чтобы она вновь самостоятельно притягивалась к корпусу 2, фиксаторы 16, 17 от потери вакуума таким образом выполняются и размещаются так, что они вакуумную панель 11 легко прижимают к корпусу 1, 6, за счет чего уплотнение 12 удерживается достаточно плотно.
Вакуумно-нагруженная полость 13 может дополнительно покрываться звукопоглощающим материалом (не показано), например звукоизолирующей шерстью и/или пористыми поглотителями.
В альтернативном выполнении различные полости 13 могут, например, связываться друг с другом посредством флюида, так что не требуется, чтобы каждая полость 13 имела собственное соединение 14 с вакуумным насосом 15.
В целом на вакуумной панели 11 создается намного более низкая вибрация, чем на лежащей под ней подлежащей демпфированию области, что указывается посредством меньшей двойной стрелки А2.
На фиг.3 показан вид двух покрытых соответствующей вакуумной панелью 11 или полостью 13 участков 6 корпуса, которые сбоку ограничены прямыми ребрами 4. Вакуумные панели 11 имеют на представленном виде прямоугольную основную форму со скругленными кромками. Имеющееся в форме уплотнительного кольца круглого сечения вакуумное уплотнение 12, положение которого здесь показано пунктиром, лежит вблизи кромки и повторяет форму кромки вакуумной панели 11. Для правой вакуумной панели 11 для примера показаны два типа фиксаторов от потери вакуума, а именно уже описанные со ссылкой на фиг.2 «точечный» фиксатор 16 от потери вакуума и «линейный» фиксатор 17 от потери вакуума.
Фиг.4А показывает фиксатор 16 или 17 от потери вакуума на чертеже, подобном фиг.2, в области ребра 4 жесткости. Фиксатор 16 или 17 от потери вакуума имеет в одном варианте выполнения отходящий в сторону от ребра 4 жесткости и проходящий над вакуумной панелью 11 выступ 18 из металла. К металлу прикреплен ориентированный в направлении вакуумной панели 11 и прижимающий ее к уплотнительному кольцу 12 круглого сечения упругий элемент из пластика («ограничитель») 19.
В показанном на фиг.4В варианте фиксатор 16 или 17 от потери вакуума отходит уже не от ребра 4 жесткости, а от пластинчатого участка 6 стенки, который ограничен ребром 4 жесткости. Фиксатор 16 или 17 от потери вакуума имеет, таким образом, металлическую часть 20 фиксатора, которая, исходя от области 6, поднимается между вакуумной панелью 11 и ребром 4 жесткости перед вакуумной панелью 11 и затем так изгибается, что она с внешней стороны сбоку достигает вакуумной панели 11. И здесь на металлической части 20 фиксатора имеется пластиковый ограничитель 19. При потере вакуума вакуумная панель 11 сильнее прижимается к ограничителю и увеличивает таким образом расстояние до области 6 пластины. Однако вакуумная панель 11 не приподнимается от уплотнения 12, а только разгружает его, так что затем повторно может создаваться вакуум, который вакуумную панель 11 самостоятельно притягивает к области 6 пластины.
Фиг.5А показывает конфигурацию участка 6 стенки, уплотнение 12, вакуумную панель 11 и полость 13 на краевом участке вакуумной панели 11 с дополнительной детализацией, причем вакуумное уплотнение 12 выполнено в форме гибкой трубки. Для пространственной фиксации уплотнения 12 вакуумная панель 11 на своей обращенной к корпусу стороне имеет приемный паз 21 для частичного помещения уплотнения 12. В альтернативном варианте выполнения паз 21 может иметься на корпусе 2 или как в корпусе 2, так и на вакуумной панели 11.
Фиг.5В показывает другую форму выполнения вакуумной панели 22, которая теперь выполнена многослойной (в виде структуры типа «сэндвича») с несколькими взаимосвязанными или изолированными друг от друга вакуумными камерами 24. При этом теперь отдельно два расположенных на расстоянии друг от друга слоя панели (несущие слои) 23 отделены друг от друга посредством вакуумно-нагруженной полости 24, причем полость 24 с другой стороны уплотнена с помощью еще одного вакуумного уплотнения 12. При этом вакуум в полости 24 вакуумной панели 22 может создаваться с помощью собственной флюидной магистрали к вакуумному насосу, или, например, за счет того, что полость 24 флюидной магистралью связана с вакуумно-нагруженной полостью 13 между вакуумной панелью 22 и корпусом 2, например, посредством одного или более вводов. Эта форма выполнения может также называться «двойной вакуумной панелью», так как ее в принципе можно описать как устройство из двух установленных друг над другом вакуумных панелей или слоев панелей 23. Разумеется, тип и форма панелей 23 могут отличаться от типа и формы панелей 11 по фиг.1-5А. Также возможно размещать друг над другом более двух слоев панелей, чтобы таким образом получить n-слойную вакуумную панель с улучшенной звукоизоляцией, причем n≥3.
Если для вакуумных панелей или слоев панелей применяется стальной или алюминиевый лист, то эти материалы не проявляют заметного внутреннего демпфирования; корпусной звук может распространяться в пластине почти беспрепятственно и по крупномасштабной площади излучаться как воздушный звук. Для того чтобы повысить демпфирование панелей, можно, например, по меньшей мере с одной стороны нанести на панель по меньшей мере один демпфирующий звукопоглощающий слой, например слой пластика (двухслойный биметаллический лист), или нанести поглощающий слой, в частности демпфирующий слой пластика, между двумя покрывающими листами (трехслойный плакированный листовой металл). Демпфирующее действие такого плакированного листового металла состоит в том, что в демпфирующем слое пластика при изгибных колебаниях листа создаются вынужденные пульсирующие деформации, из-за чего там вследствие внутреннего трения энергия колебаний поглощается.
Фиг.6 показывает возможную другую форму выполнения вакуумной панели 25 в трехслойном выполнении, причем теперь между двумя металлическими несущими слоями 23 вакуумной панели 25 не имеется полости, а находится звукопоглощающий промежуточный слой 26. Для особенно эффективной диссипации энергии вибрации в теплоту промежуточный слой 26 содержит вязкоупругий пластик. В показанном здесь примере выполнения толщина пластикового промежуточного слоя 26 находится в пределах от 25 мкм до 50 мкм.
В принципе могут еще иметься чередующиеся промежуточные слои 26 и слои 23 покрытия, например два вязкоупругих промежуточных слоя 26, которые расположены между тремя металлическими слоями 23 панели, или, в более общем виде, n звукопоглощающих промежуточных слоев 26, в особенности вязкоупругих промежуточных слоев, которые размещены между n+1 металлическими слоями 23 панели (несущими слоями), или также чередующиеся n поглощающих слоев и n несущих слоев, или также n несущих слоев, которые размещены между n+1 звукопоглощающими промежуточными слоями 26.
Вместо металлических несущих слоев могут также применяться несущие слои с или из пластика и/или керамики.
Эти вакуумные панели 25 могут применяться вместо вакуумных панелей 22 по фиг.5В или также вместо только одного слоя 23 панели по фиг.5В.
Разумеется, настоящее изобретение не ограничено показанными примерами выполнения.
Так демпфируемая пластинчатая структура в общем случае может контактировать с плотным флюидом (например, с маслом, в случае корпуса для масляного трансформатора, или водой, в случае конструкции резервуара), или не контактировать с ним.
Вакуумные панели могут размещаться на передней и/или задней стороне демпфируемой пластинчатой структуры.
Вакуумные панели могут дополнительно помещаться на уже существующие упрочненные пластинчатые структуры.
Устройство не ограничено трансформаторным корпусом, а может также выполняться, например, как корпус для двигателей и т.д.
Перечень ссылочных позиций
1 корпус
2 боковая стенка
3 боковая стенка
4 ребро жесткости
5 открытая верхняя сторона
6 участок стенки, подверженный вибрации
7 линия накладки
8 опора
11 вакуумная панель
12 краевое уплотнение
13 полость
14 вакуумная магистраль
15 вакуумный насос
16 фиксатор от потери вакуума
17 фиксатор от потери вакуума
18 выступ
19 ограничитель
20 часть фиксатора
21 приемный паз
22 вакуумная панель
23 слой панели
24 полость
25 вакуумная панель
26 деформируемый промежуточный слой
Amax максимум амплитуды вибрации
Amin минимум амплитуды вибрации
A
F сила прижатия