CN102842303B - 一种微孔纤维复合吸声板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微孔纤维复合吸声板，属于利用共振原理吸收噪声的器械领域。所述吸声板具有低频吸声效果好，在125Hz，其吸声系数大于0.5；较铝纤维吸声板具有更宽的吸收频带。在250Hz～1600Hz，吸声系数不小于0.4；所述复合吸声板由微穿孔板与铝纤维板复合而成，采用双共振耦合结构，微穿孔板和铝纤维板之间通过龙骨架连接形成第一共振空腔，铝纤维板与墙壁之间通过龙骨架连接形成第二共振空腔，微穿孔板和铝纤维板通过共振峰耦合达到提高低频吸声效果，拓展吸声频带的目的。本发明所述复合吸声板为全铝结构，具有良好的回收再利用特性，不存在老化、脱落等问题；吸声板还具有良好的导热特性，便于设备散热。
Description
技术领域
本发明属于利用共振原理吸收噪声的器械领域，具体讲涉及一种微孔纤维复合吸声板。
背景技术
随着城市化进程的发展以及居民环保意识的增强，变电站噪声问题逐步上升为电网运行部门需要正视的问题。目前，无论是城市变电站还是乡村变电站，随着土地资源的日益紧张，变电站周边建筑与人口密度都逐步上升，这也客观上造成了变电站噪声成为一些城市居民向环保部门投诉的热点的原因，并由此引发的上访和***件与日剧增。在已出台的《国务院环境宏观战略》中，电力行业变电站已被明确列为噪声整治重点。
目前，我国变电站(换流站)噪声源主要为变压器、电抗器、滤波器和风机冷却设备产生。其中，风机噪声以中高频噪声为主，采用岩棉等传统降噪材料和措施可以得到有效治理。然而，变压器、高压电抗器和滤波器产生的噪声以125-500Hz倍频程范围内的中低频电磁噪声为主。从以往的研究治理经验来看，这种中低频噪声波长较大，随距离衰减缓慢，对普通居民建筑物穿透力强，采用传统降噪材料和隔声措施将很难达到新颁布GB12348-2008标准中的低频噪声排放限值。即使采取目前普遍使用较好的降噪材料和措施，距变电站较远的居民，其在家中受到的噪声影响仍难达到新颁布的国家标准限值。有资料表明，在推广特高压输变电技术后，这种超标状况将表现得更加明显。按照我国法律，厂界噪声超过国家规定的噪声排放标准，并干扰了厂界外他人正常生活、工作和学习，企业必须支付噪声超标排污处罚费用，并对居民损失进行赔偿。因此为避免对企业经济造成损失以及避免噪声对居民干扰，有必要采用新型吸声材料或新型吸声结构进行噪声治理。
凡具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料就可归为吸声材料，原则上吸声系数应大于02。多孔材料作为有效的吸声材料已被广泛应用于降噪，例如像玻璃纤维板和微穿孔板这样的材料已被用于吸收空气中的噪声。
通过变电站自身服役特点的调研可知，变电站噪声治理所需的吸声材料应具备性能如下特点：
具有一定的机械强度；
对于中低频(主要在125-500Hz)具有优良的吸声效果；
不受气候环境影响，在高湿度地区吸声系数不因潮湿而下降；
传热效果好，利于设备散热；
服役寿命长，不易老化失效；
安全环保，易于回收；
质量小，便于安装布置；
综合使用成本低。
传统的吸声材料一般包括玻璃棉、矿渣棉和岩棉等。这类材料具有良好的中高频吸声性能，而且具有质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉等特性，从而替代了天然纤维吸声材料，在声学工程中获得广泛的应用。这类材料的主要缺点在于其微尘对于环境的污染。
如岩棉/玻璃棉类吸声材料没有强度，容易受潮，受潮后基本不吸声。易老化污染环境，在某些服役条件下，2-3年即开始岩棉微尘挥发，平均不到十年就会污染很严重。
岩棉纤维对于人员危害是巨大的，接触玻璃棉、岩棉、矿棉的工人均可出现x线胸片改变，即尘肺改变，肺功能测定FVC(用力呼气量)低于正常。对接触玻璃纤维工人肺活检病理检查表明，肺组织内有玻璃纤维尘细胞灶，胶元轻度增生，肺癌、肺脓肿。
除上述环保问题外，矿物纤维吸声材料还存在如下缺点：
导热性差：岩棉玻璃棉的导热系数很低，常用作保温材料，对于变电站设备的散热不利；
无强度、需要保护板：岩棉玻璃棉的强度很低，不能独自承受自身重量，需在外层包覆保护层及框架；
中低频吸声系数低：针对中低频噪声，尤其是500Hz以下频率噪声，其吸声系数一般在0.3以下，效率较低；
易受环境影响：岩棉玻璃棉吸声材料在受潮后对于高频噪声的吸声系数下降较大，甚至完全无吸声效果，由于保护层外板需大量开孔，以保证声波传入，故不可能完全将岩棉玻璃棉密封，即无法很好解决受潮问题。
国内目前广泛采用传统吸声材料进行吸声治理，如岩棉、玻璃棉，在实际使用量上约占全部吸声材料份额的90％以上。
除传统吸声材料外，在部分重点工程或对噪声控制有特定要求的工程中，也采用了一些新型吸声材料，如泡沫金属、喷涂纤维等。泡沫金属吸声材料价格较高，不利于大规模推广；喷涂纤维虽具有良好的低频吸声性能，但价格高、导热差，同样不利于输变电领域服役。
金属纤维板具有传热优良、质轻、可通过工艺调整针对低频噪声吸声等特点，且工艺相对简单、综合生产成本低，国外普遍应用于交通降噪，目前，国内也逐渐重视金属纤维吸声 材料的发展，但针对变电站基频125Hz-500Hz的低频噪声的吸声效果仍然不足，通过调整工艺参数如面密度、滚压间隙、纤维直径等影响条件可以有效将吸收波峰移到中低频，但此时吸收频带较窄，一般在1000-1200Hz左右即出现吸收波谷，故还需要通过结构形式进行调整。
在吸声结构上，国内在理论研究方面目前具有较好基础，以马大猷院士发表的微穿孔吸声结构理论为基础开发了一批具有先进水平的微穿孔吸声结构。并在此基础上后续进行了发展和优化。共振吸声结构以各类穿孔板最为常见，微穿孔结构是利用亥姆霍兹共振器原理，通过与声波发生共振消耗声波的声能量，以减少噪声。微穿孔结构的孔径尺寸、分布方式、排布密度等很多因素均可对结构的吸声效果产生影响。单纯的单层微穿孔吸声板与背腔组合仍然无法达到较好的低频吸声效果。
申请号201010191493.3、名为《一种微孔中穿纤维穿孔板及其制备方法》的发明专利，其技术方案提供了一种微孔中穿纤维穿孔板及其制备方法，其实施例所取得的效果在125Hz，吸声系数在0.1以下，不能满足低频吸声的要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种微孔纤维复合吸声板，复合吸声板是一种双共振耦合结构，微穿孔板和铝纤维板通过共振峰的耦合达到提高低频吸声效果，拓展吸声频带的目的。所述的微孔纤维复合吸声板具有低频吸声效果好，在125Hz，其吸声系数大于0.5；较铝纤维吸声板具有更宽的吸收频带，在250Hz-1600Hz，吸声系数不小于0.4；所述吸声板为全铝结构，利于循环利用的环保特性，具有良好的回收特性，且不存在老化、脱落等问题；此外，所述吸声板还具有良好的导热特性，便于设备散热。
为实现本发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种微孔纤维复合吸声板，所述吸声板包括微穿孔板和铝纤维板；其改进之处在于所述复合吸声板是双共振耦合结构，所述微穿孔板和铝纤维板之间通过龙骨连接形成第一共振空腔，所述铝纤维板与墙壁之间通过龙骨连接形成第二共振空腔；所述微穿孔板为铝板。
本发明的另一优选技术方案为：所述微穿孔板和铝纤维板之间的面间距为20-80mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述铝纤维板与墙壁之间的面间距为20-180mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述微穿孔板的板厚为0.5-1mm，孔径为0.5-1.5mm，孔间距为2-20mm。
本发明的又一优选技术方案为：所述铝纤维板的面密度为300-800g/m2，纤维直径为 70-150μm。
本发明的又一优选技术方案为：所述铝纤维板沿板面法线方向依次包括铝板网、铝纤维、铝箔和铝板网四层材料。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果包括：
1)提高低频吸声系数
所述吸声板的结构设置有第一共振空腔和第二共振空腔，两个共振空腔以及微穿孔板和铝纤维板的厚度构成双共振***，其在125Hz吸声系数最小为0.523，显著提高了低频吸声系数；
2)拓宽吸声频带
由于本发明所述吸声板为微穿孔板和铝纤维板两种共振材料，复合吸声板的吸声板结构为双共振耦合结构，使其振动***的共振频率在125Hz-1600Hz，最小吸声系数为0.42；
3)具有循环利用的特点
组成复合吸声板的铝纤维板和微穿孔板为全铝结构，具有良好的回收特性，且不存在老化、脱落等问题；
4)散热性能优良
铝合金导热性能优异，便于设备的散热。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1是微孔纤维复合吸声板结构示意图；
图2是铝纤维板结构示意图；
图3是吸声板1#吸声系数曲线图；
图4是吸声板2#吸声系数曲线图；
图5是吸声板3#吸声系数曲线图；
图6是吸声板4#吸声系数曲线图；
附图标记：
1-微穿孔板，2-铝纤维板，3-龙骨架，4-铝纤维，5-铝箔，6-铝板网，7-第一共振空腔，8-第二共振空腔；
SAC-吸声系数。
具体实施方式
下面结合实例对本发明进行详细的说明。
所述的微孔-纤维吸声板是一种双共振耦合结构，两种共振吸声材料通过共振峰的耦合达到提高低频吸声效果，拓展吸声频带的目的。
1)通过优化工艺条件制备标准的微穿孔板1及铝纤维板2，随后分别对微穿孔板1及铝纤维板2进行声学性能测试，掌握两种吸声板工艺参数与吸声特性的对应关系；
2)随后在前期测量大量数据的基础上，建立声学模型，将二者参数通过模拟重新优化，指导复合吸声板参数的确定。并通过实际测量不断对模型修正，达到提高模拟准确度的目的。最终在大量实测和模拟的筛选后得到最优工艺参数，制备微孔纤维复合吸声板。
通过将微穿孔板与铝纤维吸声板相结合，通过必要的工艺控制与调整，可以达到既维持原铝纤维吸声板低频吸声效果，又展宽吸收频带的特点，达到在较宽范围内取得不低于0.4的吸声系数。
所述复合吸声板由微穿孔板1与铝纤维板2复合而成，其具体结构为：微穿孔板1为面板，其后布置铝纤维板2，微穿孔板1与铝纤维板2之间留有第一共振空腔7，第一共振空腔7即指微穿孔板1与铝纤维板2之间形成的具有一定面间距的中空部分；铝纤维板2后布置背板或通过龙骨3直接安装于墙壁上，形成第二共振空腔8，第二共振空腔8即指铝纤维板2与墙壁之间形成的具有一定面间距的中空部分；微穿孔板1与铝纤维板2之间亦通过龙骨3连接。具体结构参见示意图1。
所述的微孔纤维板1，微穿孔板1与铝纤维板2之间的面间距为20-80mm，铝纤维板2与墙壁或背板间的背腔厚度20-180mm；
所述的微穿孔板1采用纯铝板材，其板厚在0.5-1mm，孔径0.5-1.5mm，孔间距2-20mm；
所述的铝纤维板2为市售铝纤维吸声板，具体参数可调整，其结构由前后铝板网6，铝纤维4、铝箔5四层材料组成，面密度在300-800g/m2，纤维直径在70-150μm，纤维种类为熔抽法制备铝纤维，铝纤维板2的结构参见示意图2；
所述的微孔纤维复合吸声板吸声系数曲线一般随频率增大而递增，达到波峰后逐渐递减，递减到波谷后吸声系数曲线反弹上升。所以在125-1600Hz间，最小吸声系数出现在125Hz处，而250-1600Hz，最小吸声系数出现在波谷处。
实施例1：吸声板1#
微穿孔板1：采用市售0.5mm铝板进行微穿孔板1制备，其中孔间距为2mm，孔径为1.5mm；
厂家名称：中州铝业有限公司
厂家地址：河南省巩义市小关镇口头工业区
铝板型号：1050系列铝板
实施例2、实施例3和实施例4中铝板均在上述厂家采购。
铝纤维板2：定制面密度为300g/m2铝纤维板2，其中铝纤维为熔抽法制备铝纤维，纤维直径为120μm；
组合：将微穿孔板1与铝纤维板2进行组合，通过龙骨3进行连接，微穿孔板与铝纤维板间的面间距为20mm，铝纤维板2与墙壁之间的距离为180mm；制成吸声板1#；
吸声板1#的吸声系数曲线(红色线条)见图3，图3中作为对比实验的铝纤维吸声板(AL-fibre board)吸声系数曲线用黑色线条表示，其测试用铝纤维吸声板与墙壁之间的面间距采用与复合吸声板相同距离180mm，图中可见微孔纤维复合板(Composite board)吸声系数曲线未出现如铝纤维吸声板吸声系数曲线中吸声系数低于0.4的波谷，其125Hz吸声系数为0.523；250-1600Hz最小吸声系数为0.42；
实施例2：吸声板2#
微穿孔板1：采用市售0.6mm铝板进行微穿孔板制备，其中孔间距为10mm，孔径为1.0mm；
铝纤维板2：定制面密度为400g/m2铝纤维板2，其中铝纤维为熔抽法制备铝纤维，纤维直径为70μm；
组合：将微穿孔板1与铝纤维板2进行组合，通过龙骨3进行连接，微穿孔板1与铝纤维板2间第一共振空腔7的距离为40mm，铝纤维板2与墙壁之间第二共振空腔8的距离为160mm；制成吸声板2#；
吸声板2#的吸声系数曲线(红色线条)见图4，图4中作为对比的铝纤维吸声板吸声系数曲线用黑色线条表示，其测试用铝纤维吸声板与墙壁之间面间距采用与复合吸声板相同距离160mm，图中可见微孔纤维复合板吸声系数曲线未出现如铝纤维吸声板吸声系数曲线中吸声系数低于0.4的波谷，其125Hz吸声系数为0.768；250-1600Hz最小吸声系数为0.525；
实施例3：吸声板3#
微穿孔板1：采用市售0.8mm铝板进行微穿孔板制备，其中孔间距为15mm，孔径为0.8mm；
铝纤维板2：定制面密度为500g/m2铝纤维板，其中铝纤维为熔抽法制备铝纤维，纤维直径为90μm；
组合：将微穿孔板1与铝纤维板2进行组合，通过龙骨3进行连接，微穿孔板1与铝纤维板2间第一共振空腔7的距离为60mm，铝纤维板2与墙壁之间的第二共振空腔8的距离为120mm；制成吸声板3#；
吸声板3#的吸声系数曲线(红色线条)见图5，图5中作为对比的铝纤维吸声板吸声系数曲线以黑色线条表示，其测试用铝纤维吸声板背腔采用与复合吸声板相同距离160mm，图5中可见微孔纤维复合板吸声系数曲线未出现如铝纤维吸声板吸声系数曲线中吸声系数低于0.4的波谷，其125Hz吸声系数为0.597；250-1600Hz最小吸声系数为0.564；
实施例4：吸声板4#
微穿孔板1：采用市售1.0mm铝板进行微穿孔板制备，其中孔间距为20mm，孔径为0.5mm；
铝纤维板2：定制面密度为800g/m2铝纤维板，其中铝纤维为熔抽法制备铝纤维，纤维直径为150μm；
组合：将微穿孔板1与铝纤维板2进行组合，通过龙骨3进行连接，微穿孔板1与铝纤维板2间第一共振空腔7的距离为80mm，铝纤维板2与墙壁之间第二共振空腔8的距离为20mm；制成吸声板4#；
吸声板4#的吸声系数曲线(红色线条)见图6，图6中作为对比的铝纤维吸声板吸声系数曲线以黑色线条表示，其测试用铝纤维吸声板背腔采用与复合吸声板相同距离120mm，图6中可见微孔纤维复合板吸声系数曲线未出现如铝纤维吸声板吸声系数曲线中吸声系数低于0.4的波谷，其125Hz吸声系数为0.757；250-1600Hz最小吸声系数为0.402；
各实施例参数对比见表1：
表1：实施例参数对比
| 吸声板1# | 吸声板2# | 吸声板3# | 吸声板4# | |
| 微穿孔板板厚(mm) | 0.5 | 0.6 | 0.8 | 1 |
| 微穿孔孔径(mm) | 1.5 | 1.0 | 0.8 | 0.5 |
| 微穿孔孔距(mm) | 2 | 10 | 15 | 20 |
| 间隔空腔距离(mm) | 20 | 40 | 60 | 80 |
| 复合吸声板背腔距离(mm) | 180 | 160 | 120 | 20 |
[0091]
| 铝纤维板面密度(g/m2) | 300 | 400 | 500 | 800 |
| 铝纤维板背腔距离(mm) | 180 | 160 | 160 | 120 |
| 铝纤维直径(μm) | 120 | 70 | 90 | 150 |
| 铝纤维种类 | 熔抽 | 熔抽 | 熔抽 | 熔抽 |
| 125Hz吸声系数 | 0.523 | 0.768 | 0.597 | 0.757 |
| 250-1600Hz最小吸声系数 | 0.42(872Hz) | 0.525(576Hz) | 0.564(568Hz) | 0.402(1488) |
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (5)
1.一种微孔纤维复合吸声板，所述吸声板包括微穿孔板（1）和铝纤维板（2）；其特征在于所述复合吸声板是双共振耦合结构；所述微穿孔板（1）和铝纤维板（2）之间通过龙骨（3）连接形成第一共振空腔（7），所述铝纤维板（2）与墙壁或背板之间通过龙骨（3）连接形成第二共振空腔（8）；所述微穿孔板（1）为铝板；所述微穿孔板（1）的板厚为0.5-1mm，孔径为0.5-1.5mm，孔间距为2-20mm。
2.如权利要求1所述的一种微孔纤维复合吸声板，其特征在于所述微穿孔板（1）和铝纤维板（2）之间的面间距为20-80mm。
3.如权利要求1所述的一种微孔纤维复合吸声板，其特征在于所述铝纤维板（2）与墙壁或背板之间的面间距为20-180mm。
4.如权利要求1所述的一种微孔纤维复合吸声板，其特征在于所述铝纤维板（2）的面密度为300-800g/m2，纤维直径为70-150μm。
5.如权利要求1所述的一种微孔纤维复合吸声板，其特征在于所述铝纤维板（2）沿板面法线方向依次由铝板网（6）、铝纤维（4）、铝箔（5）和铝板网（6）四层材料组成。
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