一种油浸式变压器隔振系统的制作方法

本申请涉及装置隔振技术领域，尤其涉及一种油浸式变压器隔振系统。

背景技术：

随着我国城市化进程的不断深入，城市用电量逐年增加，为了缓解城市的供电压力，越来越多中小容量变压器被安装在商业区和居民区内。变压器运行时产生的振动噪声以及带来的环境振动对邻近的居民造成严重的干扰，甚至引起人体不适，随着国家针对噪声污染问题的日益重视，如何降低变压器的噪声以及变压器振动引起的配电房结构振动成为如今亟需解决的问题。

隔振是指利用减振元件将振源与基础地面加以隔离，从而有效地避免振动影响所导致的环境振动噪声增加，使机械设备能比较平稳地工作。机械设备的隔振通常采用单层隔振系统和双层隔振系统，单层隔振系统是在被隔离的振动源设备与支撑结构之间安装隔振装置(如弹簧隔振器)，使原本的刚性连接变成弹性连接；而双层隔振系统是在被隔离的振动源设备和基础之间再插入一个弹性连接着的中间质量块，使被隔离的振动源设备与质量块和质量块与基础分别成为一个单层隔振系统。双层隔振系统相对于单层隔振系统的优点主要表现在三个方面：(1)对高频隔振具有良好的效果；(2)对于单层隔振系统来说，为了达到较高的隔振要求，隔振器的刚度必须尽量地小，但过于柔软的支撑会危及机械系统的稳定性，而双层隔振系统则可以兼顾隔振与稳定两方面的要求；(3)当激振频率在几百赫兹以上时，在隔振器中产生驻波效应，实际的隔振效果只在10—20分贝之间，单层隔振系统往往不能满足要求，因此需要采用多层隔振技术，然而在多层隔振技术中，一般都是采用双层隔振系统。

但是目前的双层隔振系统增加了安装空间，导致变压器与安装墩台之间的距离变大，不利于变压器平稳的运行，且隔振系统过于单一，无法提供更加高效的隔振效果。

技术实现要素：

本申请提供了一种油浸式变压器隔振系统，用于解决现有的单层隔振系统隔振效果较差，以及双层隔振系统的安装空间占比较大，导致的变压器与安装墩台之间的距离增加，造成变压器无法平稳运行的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种油浸式变压器隔振系统，包括：变压器油箱、三自由度隔振装置和单自由度隔振装置；

所述变压器油箱内部竖直设置有铁芯和绕组，所述铁芯穿设于所述绕组内；

所述三自由度隔振装置包括承重平台基座、隔振器和隔振装置壳体；

所述铁芯的底部与所述三自由度隔振装置的所述承重平台基座固定连接，所述三自由度隔振装置的底端与所述变压器油箱的内底部固定连接，所述三自由度隔振装置用于隔离所述铁芯和所述变压器油箱；

所述变压器油箱的外底部与所述单自由度隔振装置的顶端固定连接，所述单自由度隔振装置的底端与安装墩台的顶面固定连接，所述单自由度隔振装置用于隔离所述变压器油箱与所述安装墩台。

优选地，所述铁芯设置于所述变压器油箱内部中心位置上。

优选地，所述承重平台基座的底面的中心位置设置有长方体凸起，所述凸起顶部与所述承重平台基座的底面固定连接。

优选地，所述隔振器包括第一隔振器、第二隔振器和第三隔振器；

所述三自由度隔振装置的内部x轴方向上设置有所述第一隔振器；

所述三自由度隔振装置的内部y轴方向上设置有所述第二隔振器；

所述三自由度隔振装置的内部z轴方向上设置有所述第三隔振器。

优选地，所述第一隔振器和所述第二隔振器的数据量均为两个，所述第三隔振器的数量为一个；

两个所述第一隔振器的一端分别与所述长方体凸起的x轴方向上相对的两个平面固定连接，两个所述第一隔振器的另一端分别与隔振装置壳体内部的x轴方向上相对的两个平面固定连接；

两个所述第二隔振器的一端分别与所述长方体凸起的y轴方向上相对的两个平面固定连接，两个所述第二隔振器的另一端分别与隔振装置壳体内部的y轴方向上相对的两个平面固定连接；

一个所述第三隔振器的一端与所述长方体凸起的z轴方向上的底部平面固定连接，所述第三隔振器的另一端与隔振装置壳体内部的z轴方向上的底部平面固定连接。

优选地，所述隔振器包括隔振器本体和双自由度连接轴，所述双自由度连接轴包括上连轴器、下连轴器和十字接头。

优选地，所述三自由度隔振装置为多个。

优选地，所述三自由度隔振装置均匀分布于所述铁芯的底部。

优选地，所述单自由度隔振装置为多个。

优选地，所述单自由度隔振装置均匀分布于所述变压器邮箱的外底部。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种油浸式变压器隔振系统，包括：变压器油箱内部竖直设置有铁芯和绕组，铁芯穿设于绕组内；三自由度隔振装置包括承重平台基座、隔振器和隔振装置壳体；铁芯的底部与三自由度隔振装置的承重平台基座固定连接，三自由度隔振装置的底端与变压器油箱的内底部固定连接，三自由度隔振装置用于隔离铁芯和变压器油箱；变压器油箱的外底部与单自由度隔振装置的顶端固定连接，单自由度隔振装置的底端与安装墩台的顶面固定连接，单自由度隔振装置用于隔离变压器油箱与安装墩台。

本申请提供的油浸式变压器隔振系统，不仅在变压器油箱与安装墩台之间通过单自由度隔振装置进行初步隔振；油箱中的铁芯的振动包括竖向振动、横向振动和纵向振动，所以铁芯与油箱之间安装的隔振装置是三自由度隔振装置，能够针对性的从三种不同的方向上减缓铁芯的振动效果；在变压器油箱的内部通过三自由度隔振装置隔离铁芯和油箱，将油浸式变压器的油箱当作双层隔振系统中的中间质量块，使得铁芯和油箱之间变成弹性连接，从外部来看，本系统属于单层隔振系统，但是实际能够达到双层的隔振效果，有效的节省了安装空间，且使得变压器与安装墩台的距离减小，从而使得变压器在通过混合式双层隔振系统降低振动影响的同时，还能平稳的运行。因此，本申请解决了现有的单层隔振系统隔振效果较差，以及双层隔振系统的安装空间占比较大，导致的变压器与安装墩台之间的距离增加，造成变压器无法平稳运行的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种油浸式变压器隔振系统的模型图；

图2为本申请实施例提供的三自由度隔振装置结构图；

图3为本申请实施例提供的隔振器结构示意图；

图4为本申请实施例提供的单层隔振系统和双层隔振系统的隔振效率曲线图；

图5为本申请实施例提供的下层阻尼比ξ2取值不同时刚度比α随质量比μ变化曲线图；

图6为本申请实施例提供的刚度比α取值不同时阻尼比ξ2随质量比μ变化曲线图；

附图标记说明如下：

1、铁芯；2、变压器油箱；3、绕组；4、变压器油；5、三自由度隔振装置；6、单自由度隔振装置；7、安装墩台；8、承重平台基座；9、隔振装置壳体；10、隔振器；11、上连轴器；12、下连轴器；13、十字接头；14、上连轴器连接座；15、下连轴器连接座；16、隔振器连接座；17、隔振器本体。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种油浸式变压器隔振系统的实施例一，包括：变压器油箱2、三自由度隔振装置5和单自由度隔振装置6；

变压器油箱2内部竖直设置有铁芯1和绕组3，铁芯1穿设于绕组3内；

三自由度隔振装置5包括承重平台基座8、隔振器10和隔振装置壳体9；

铁芯1的底部与三自由度隔振装置5的承重平台基座8固定连接，三自由度隔振装置5的底端与变压器油箱2的内底部固定连接，三自由度隔振装置5用于隔离铁芯1和变压器油箱2；

变压器油箱2的外底部与单自由度隔振装置6的顶端固定连接，单自由度隔振装置6的底端与安装墩台7的顶面固定连接，单自由度隔振装置6用于隔离变压器油箱2与安装墩台7。

需要说明的是，请参阅图1，油浸式变压器隔振系统中的三自由度隔振装置5的具体数量根据变压器器身的尺寸和重量确定，可以设计得合乎实际需求；三自由度隔振装置5在变压器油箱2的变压器油4中浸泡，位置可以根据隔离功能的需求进行必要的调整，在此不作限定；铁芯1穿设于绕组3中，并竖直设立在油箱中，铁芯1的底部有下夹件，将下夹件放置在三自由度隔振装置5的承重平台基座8上，并通过螺栓或者焊接的方式进行固定连接，确保三自由度隔振装置5能够稳定的隔离铁芯1和变压器油箱2，达到减振的目的；变压器油箱2的外底部与单自由度隔振装置6的顶端、单自由度隔振装置6的底端与安装墩台7的顶面均可以通过焊接或者螺栓的方式进行固定连接。请参阅图4，图4为本实施例提供的单层隔振系统和双层隔振系统的隔振效率曲线图，从曲线图的对比可以发现，本实施例中提供的油浸式变压器双层隔振系统的隔振效果更好。

本实施例提供的油浸式变压器隔振系统，不仅在变压器油箱2与安装墩台7之间通过单自由度隔振装置6进行初步隔振；还针对油箱中的铁芯1的振动包括竖向振动、横向振动和纵向振动，所以铁芯1与变压器油箱2之间安装的隔振装置是三自由度隔振装置5，能够针对性的从三种不同的方向上减缓铁芯1的振动效果；在变压器油箱2的内部通过三自由度隔振装置5隔离铁芯1和油箱，将油浸式变压器的油箱当作双层隔振系统中的中间质量块，使得铁芯1和油箱之间变成弹性连接，从外部来看，本系统属于单层隔振系统，但是实际能够达到双层的隔振效果，有效的节省了安装空间，且使得变压器与安装墩台7的距离减小，从而使得变压器在通过混合式双层隔振系统降低振动影响的同时，还能平稳的运行。因此，本实施例解决了现有的单层隔振系统隔振效果较差，以及双层隔振系统的安装空间占比较大，导致的变压器与安装墩台7之间的距离增加，造成变压器无法平稳运行的技术问题。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式变压器隔振系统中的铁芯1设置于变压器油箱2内部中心位置上。这样做是为了达到平稳隔离与支撑的作用，当铁芯1安装与变压器油箱2内部的中心位置时，铁芯1下的三自由度隔振装置5为了与铁芯1更好的契合，自然也会分布于油箱的中间下方，便于变压器油箱2本体更加稳定，变压器的运行也可以更加稳定。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式变压器隔振系统中的承重平台基座8的底面的中心位置设置有长方体凸起，凸起顶部与承重平台基座8的底面固定连接。承重平台基座8是三自由度隔振装置5中的部件，是三自由度隔振装置5中直接与振动铁芯1接触的部件，其下方设置长方体凸起的目的是便于三自由度隔振装置5中的隔振器10的安装，对于长方体形状也可以调整为特殊的长方体，即正方体，只要这个凸起能够提供安装面即可。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式变压器隔振系统中的隔振器10包括第一隔振器、第二隔振器和第三隔振器；三自由度隔振装置5的内部x轴方向上设置有第一隔振器；三自由度隔振装置5的内部y轴方向上设置有第二隔振器；三自由度隔振装置5的内部z轴方向上设置有第三隔振器。三自由度隔振装置5之所以能够对三种不同方向上的振动进行削减，主要原因就是内部结构设计，请参阅图2，在三自由度隔振装置5的箱体中设置有三种方向上的隔振器10，三种方向上的隔振器10可以有效的缓解铁芯1传递的竖向振动、横向振动和纵向振动。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式变压器隔振系统中的第一隔振器和第二隔振器的数据量均为两个，第三隔振器的数量为一个；两个第一隔振器的一端分别与长方体凸起的x轴方向上相对的两个平面固定连接，两个第一隔振器的另一端分别与隔振装置壳体9内部的x轴方向上相对的两个平面固定连接；两个第二隔振器的一端分别与长方体凸起的y轴方向上相对的两个平面固定连接，两个第二隔振器的另一端分别与隔振装置壳体9内部的y轴方向上相对的两个平面固定连接；一个第三隔振器的一端与长方体凸起的z轴方向上的底部平面固定连接，第三隔振器的另一端与隔振装置壳体9内部的z轴方向上的底部平面固定连接。请参阅图2，为了达到均匀减振的目的，三自由度隔振装置5中的隔振器10的安装数量在x轴向上和y轴向上均是两两对应式的安装，能够平衡各自方向上的振动影响，z轴向上主要是支撑式减振的安装，由于长方体凸起除了固定在承重平台基座8上的一个面之外，还存在五个可供安装的面，刚好在x轴向和y轴向上的两个平面、z轴向上的一个平面提供安装位置；隔振器10的一端与长方体凸起固定连接后，另一端均需要固定在隔振装置的壳体上；虽然隔振器10分为振动端和固定端，但是具体哪一端安装在长方体凸起上，哪一端安装在隔振装置壳体9上，在此不作具体限定，因为并不会影响隔振效果的实现。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式隔振系统中的隔振器10包括隔振器本体17和双自由度连接轴，双自由度连接轴包括上连轴器11、下连轴器12和十字接头13。请参阅图3，上连轴器11和下连轴器12通过十字接头13连接，隔振器10上设置有上下两个双自由度连接轴的主要原因是为了便于如图4所示的隔振器10安装方式，且双自由度隔振连接轴可以使隔振器10在两个自由度方向偏移±5°的角度，可以使得三自由度隔振装置5的承重平台基座8不会出现过大的偏移，承重平台基座8出现过大偏移会导致隔振装置的性能下降，甚至失效，因此，自由度方向的偏移设置很有必要，能够更加稳定的达到隔振目的。双自由度连接轴包括的上连轴器连接座14设置有4个直径为10mm的暗销孔，用于采用螺栓的方式进行固定连接，下连轴器连接座15设置有3个直径为6mm的暗销孔，用于连接隔振器本体17任一端的隔振器连接座16；隔振器本体17的两端的隔振器连接座16均设置有3个连接孔，是用于与双自由度连接轴中的下连轴器连接座15固定连接。鉴于上连轴器11的孔状结构形式，隔振装置壳体9的x轴向、y轴向和z轴向对应的平面上均需要设置相应的4个直径为10mm的暗销孔，用于固定连接隔振器10中的双自由度连接轴。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式隔振系统中的三自由度隔振装置5为多个。不论是从阻隔振动效果还是从安装的稳定性而言，在铁芯1的下方安装多个三自由度隔振装置5都是很有必要的，多个三自由度隔振装置5的安装位置可以根据实际情况调整，只要能够起到隔离铁芯1和变压器油箱2的目的即可。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式隔振系统中的三自由度隔振装置5均匀分布于铁芯1的底部。请参阅图1，可以设置4个三自由度隔振装置5均匀地分布在铁芯1下方，这样达到较好的阻振效果的同时，也提供了更加稳定的支撑方案，这样的对称均匀分布也更加符合实际情况。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式隔振系统中的单自由度隔振装置6为多个。虽然单自由度隔振装置6设置在变压器油箱2的外底部与安装墩台7之间，同样也是阻隔振动的关键，因此，同样可以设置多个单自由度隔振装置6增强隔振性能，具体的分布同样根据实际需求，只要能够起到支撑式阻隔振动的效果即可。

作为上一个实施例的改进，进一步地，油浸式隔振系统中的单自由度隔振装置6均匀分布于变压器邮箱的外底部。请参阅图1，可以选择6个单自由度隔振装置6均匀分布于变压器油箱2与安装墩台7之间，不仅稳定性较强，且各方承受的振动压力一致，有助于振动的阻隔，同样也有利于隔振装置的寿命和性能的稳定。

需要说明的是，请参阅图3，隔振器本体17的刚度k1和阻尼c1因在隔振装置的内部的安装位置的不同而不同，x轴向上和y轴向上的第一隔振器主要用于阻隔横向和纵向的振动，用kx、cx表示x轴向上安装的第一隔振器的刚度和阻尼，用ky、cy表示y轴向上安装的第二隔振器的刚度和阻尼，z轴向上的第三隔振器主要用于阻隔竖向的振动，用kz、cz表示z轴向上安装的第三隔振器的刚度和阻尼，具体的刚度和阻尼可以根据如下方法得到：

首先，获取油浸式变压器的铁芯1和绕组3的总质量m1，变压器油箱2质量m2，确定铁芯绕组总质量与变压器油箱2质量的比值μ；其次，根据铁芯绕组总质量和变压器油箱2的质量确定三自由度隔振装置5中z轴向的第三隔振器与单自由度隔振装置6的刚度比αz和阻尼比ξz，三自由度隔振装置5中x轴向的第一隔振器的阻尼比ξx，三自由度隔振装置5中y轴向的第二隔振器的阻尼比ξy；考虑到单自由度隔振装置6所承受的载荷质量为变压器的总质量，且质量较大，固可以采用如图1所示的单自由度隔振装置6，假设其数量为6，那么每个单自由度隔振装置6所亨受的载荷质量为变压器总质量的1/6；然后，将上述已知量代入到隔振效率表达式中，计算出隔振效率，从而可以进一步分析出本实施例方案的隔振效果，隔振效率表达式(表达式中各个物理量的字母下标代表不同的方向，分别为x，y，z三个方向，j为虚数单位)为：

其中：

一般的，常用分贝的形式表达传递函数h(λ)，即：

lη＝20*lg|h(λ)|

变压器内铁心磁致伸缩产生的竖向振动由激振力fz模拟，经过双层隔振装置作用后传递到变压器油箱2上的力为fa，其横向振动由激振力fx模拟，经过三自由度隔振装置5作用后传递到变压器油箱2上的力为fb，纵向振动由激振力fy模拟，传递到油箱上的力为fc；最后，已知铁芯绕组总质量与变压器油箱2的质量之比为μ＝m1/m2，刚度比为α＝k2/k1，三自由度隔振装置5的阻尼比为其中i＝1,2；单自由度隔振装置6的阻尼比为其中j＝x,y；铁芯1振动的频率与两种隔振装置的频率比分别为ω为铁心的振动频率。

下面结合一台s11-m-1000-10油浸式变压器为例，设计变压器铁芯绕组总质量为m1＝1891.7kg，变压器油箱2的质量m2＝1266.6kg，三自由度隔振装置5中的z轴向的第三隔振器可选择荷载范围在2000kg-2400kg的某种型号的隔振器10，隔振器10的刚度为160×10⁵n/m，即k1＝160×105n/m，隔振器10的阻尼比为ξ1＝0.05；单自由度隔振装置6可选择为6个荷载范围在500kg～600kg的相同型号隔振器10，即k2＝240×105n/m，ξ2＝0.05；铁心的振动频率主要以100hz为主，即此时λz＝6.8，参阅图4，可得采用本实施例的双层隔振系统的隔振效率lη＝-56db，而使用相同隔振装置参数的单层隔振系统的隔振效率为-33db，由数据图像也可以发现，本实施例的设计方案的隔振效果更优。

对于采用本系统进行隔振的不同型号油浸式变压器，将对下层的单自由度隔振装置6参数的选择给出指导性建议，以便安装人员进行隔振设备的选型。由于不同型号的变压器铁心绕组的总质量和变压器油箱2的质量各不相同，所以三自由度隔振装置5的参数需要在制造变压器的时候根据铁心绕组的质量而确定，一般选取的隔振装置的额定载荷应尽量接近且略大于所承受质量；以上述的油浸式变压器隔振系统的应用例的参数为例，下面具体说明隔振装置的参数选择。首先上层的三自由度隔振装置5中z轴向的第三隔振器阻尼比一般固定为ξ1＝0.05，而刚度k1可以根据振动的频率和铁心的质量确定，本例中k1＝160×105n/m，需要隔振的效果为lη＝-60db，需要隔振的频率为100hz，即λz＝6.8。

其次是下层的单自由度隔振装置6中的参数选择：假设ξ2＝0.05已经确定，现在需要根据不同型号的油浸式变压器的铁心绕组总质量和变压器油箱2的质量比μ确定隔振系统的下层与上层的隔振装置的刚度比αz，通过图5可以确定质量比μ和刚度比αz之间的对应关系，那么可根据αz＝k2/k1确定下层的单自由度隔振装置6的刚度k2。假设变压器上下层的单自由度隔振装置6的刚度比αz＝1.5已经确定，现在需要根据不同型号油浸式变压器的铁心绕组总质量和油箱的质量比μ确定下层的单自由度隔振装置6的阻尼比ξ2，通过图6可以确定质量比μ和阻尼比ξ2之间的对应关系，那么可根据确定下层的单自由度隔振装置6的阻尼c2。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。