專利名稱：一種球形-半球形多腔室消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消聲器，特別涉及一種球形-半球形多腔室消聲器。它適用于進(jìn)氣、排氣等形式的噪聲治理，尤其適用于大功率柴油機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣、排氣噪聲的治理， 屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
消聲器主要分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合式消聲器三大類。阻性消聲器是利用氣流管道內(nèi)不同結(jié)構(gòu)形式的多孔吸聲材料等形式吸收聲能來降低噪聲的消聲器，這類消聲器的消聲量主要取決于所用吸聲層的吸聲系數(shù)和吸聲表面積及消聲器的長度等參數(shù)，它對中、高頻聲音能取得較好的消聲效果，其主要缺點(diǎn)是怕高溫、 水氣、油霧、油灰等，因?yàn)橛突业入s質(zhì)會堵塞吸聲材料的微孔而減少吸聲系數(shù)，降低消聲效^ ο抗性消聲器是通過管道內(nèi)聲學(xué)特性的突變將部分聲波反射回聲源方向，以達(dá)到消聲目的的消聲器，主要適用于降低中低頻段的噪聲，具有耐高溫、構(gòu)造簡單等特點(diǎn)。阻抗復(fù)合式消聲器是將阻性及抗性消聲原理組合設(shè)計(jì)構(gòu)成的復(fù)合式消聲器。因?yàn)樽栊韵暺髟诟哳l具有優(yōu)良的消聲性能，而抗性消聲器在中低頻有較好的消聲性能，將兩者組合就可以在較寬的頻帶內(nèi)都能得到滿意的消聲效果，但是對排氣介質(zhì)有一定的要求。常見的抗性消聲器為圓柱形結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計(jì)過程中沒有特定的噪聲頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，消聲效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種球形-半球形多腔室消聲器， 能夠有效降低排氣進(jìn)氣等形式的噪聲。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用半球形-球形多腔室結(jié)構(gòu)，它由氣流入口管道、多個(gè)半球形或球形腔室、連接管道以及氣流出口管道依次聯(lián)接而成，該氣流入口管道進(jìn)氣端與噪聲源設(shè)備排氣口連接，氣流入口管道出氣端與球半徑最大的半球形或球形腔室中心部位連通，多個(gè)半球形或球形腔室通過連接管道在中心部位連接，氣流出口管道的進(jìn)氣端與球半徑最小的半球形或球形腔室中心部位連通，氣流出口管道的排氣端通往大氣；該氣流入口管道、氣流出口管道和連接管道等徑，并與噪聲源設(shè)備排氣口直徑相同。該半球形或球形腔室是中部開有通孔(孔徑與連接管道等徑)的封閉性半球或球。多個(gè)半球形或球形腔室的球半徑為ri，比如為三個(gè)半球或球，其半徑依次為rl，r2，r3，且ri的尺寸由噪聲源噪聲主頻fi及噪聲源氣流溫度C等參數(shù)而定，即每個(gè)半球形或球形腔室的不同結(jié)構(gòu)大小對應(yīng)不同的消聲頻率段，計(jì)算公式為 其中，fi表示噪聲源噪聲主頻率，C表示腔室內(nèi)工作狀態(tài)下溫度，r,表示第i個(gè)腔室的球半徑。腔室的數(shù)目根據(jù)具體情況，由于現(xiàn)場工況的限制以及消聲性能的要求，可選取 2 5個(gè)。各個(gè)腔室一般沿同一軸線連接，也可以成一定角度串聯(lián)連接；根據(jù)具體情況，各個(gè)腔室之間可以串聯(lián)連接、并聯(lián)連接、混合式連接和包絡(luò)式連接四種形式，以達(dá)到最佳的消聲效果。如圖2和圖3所示為串聯(lián)式連接結(jié)構(gòu)，由氣流入口管道、多個(gè)半球形或球形腔室、 連接管道以及氣流出口管道依次串聯(lián)而成。采用串聯(lián)的半球形-球形多腔室消聲器的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)按以下方法確定，設(shè)ΦρΦ2為消聲器的氣流入口、出口直徑，D1, D2為消聲器的入口端、出口端管道長度，I1, I2為連接管道的長度，T1, r2, r3為第1，2，3級腔室的半徑。每一個(gè)腔室并不一定正好是半球形，在對稱中心面上的圓心角分別為h，a2, Ci3，它們的理論取值范圍為大于0°小于等于360°。當(dāng)α小于360°時(shí)腔室為球形的一部分，當(dāng)α等于 360°時(shí)即為球形腔室。各個(gè)腔室一般沿同一軸線連接，根據(jù)實(shí)際情況，也可以成角度串聯(lián)連接，其中日2為相鄰球形或半球形腔室之間中軸線的夾角，見圖3所示。如圖5所示為并聯(lián)聯(lián)結(jié)形式結(jié)構(gòu)參數(shù)，它是由氣流入口管道8、氣流出口管道9、10 個(gè)置于圓柱形封閉外殼13內(nèi)部且層層包裹且分布有通氣孔的半球形腔室10、11、12同一軸線連接組合而成，該氣流入口管道的進(jìn)氣口一端與噪聲源設(shè)備排氣口連接，排氣口一端與圓柱形封閉外殼13相通；該氣流出口管道的進(jìn)氣口一端伸進(jìn)圓柱形封閉外殼13內(nèi)部并與其相通，排氣口一端通往大氣；該氣流入口管道、氣流出口管道等徑，并與噪聲源設(shè)備排氣口直徑相同；半球形腔室10、12中部設(shè)置有一通孔；在半球形腔室11的球面上沿氣流入、 出口管道中心線的四周均勻分布一定數(shù)目的通氣孔。3個(gè)半球形腔室的球半徑依次為r1; !^，!^，!^〈！^〈！^，且保持同心。由于受到外部圓柱形外封閉外殼的限制，部分腔室可以不是完整的半球，只是球面的一部分?；旌鲜铰?lián)結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖6，它是由一條氣流主干通道與兩條氣流支線通道并聯(lián)連接而成(圖1中顯示的示例有2條支線通道)。該氣流主干通道是由氣流入口管道、3 個(gè)半球形腔室、主干腔室連接管道和氣流出口管道同軸線串連而成；該氣流入口管道的一端即進(jìn)氣口與噪聲源設(shè)備排氣口連接，另一排氣口端與第一個(gè)半球形腔室相通；該主干腔室連接管道將3個(gè)半球形腔室連通；該氣流出口管道的一端即進(jìn)氣口與最后半球形腔室相通，另一排氣口端通往大氣；該氣流入口管道、主干腔室連接管道及氣流出口管道等徑，并與噪聲源設(shè)備排氣口直徑相同；該兩條氣流支線通道以氣流主干通道的中心線為對稱軸， 均勻分布在其兩旁四周。每一條氣流支線通道(以圖中支線通道1為例)從主干通道的第一個(gè)半球形腔室15起始，由兩個(gè)半球形腔室17、21和支線腔室連接管道16、18、22依次連接而成，最后匯入氣流主干通道的最后一個(gè)半球形腔室23。其中，半球形腔室17 J6的中心線與氣流主干通道的中心線有夾角，氣流支線通道1上兩腔室之間有夾角；支線腔室連接管道直徑與主干腔室連接管道相同。包絡(luò)式聯(lián)接結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖7，它是由氣流入口管道31、圓球形封閉外殼32、多級層層包裹的球形腔室33、34、氣流出口管道35以及球形腔室之間的連接支桿36等連接組合而成，該氣流入口管道的一端即進(jìn)氣口與噪聲源設(shè)備排氣口連接，另一排氣口端與圓球形封閉外殼32相通；該氣流出口管道的一端即進(jìn)氣口與圓球形封閉外殼32相通，另一排氣口端通往大氣；該氣流入口管道、氣流出口管道等徑，并與噪聲源設(shè)備排氣口直徑相同；各腔室沿氣流入、出口中心線方向形成一通孔，孔徑同氣流入、出口管道直徑；該球形腔室之間的連接支桿36是圓桿形狀，它連接和支撐相鄰兩球壁；該球形腔室33、34是球壁上開有多個(gè)通孔的圓球形外殼；球形腔室33、34的通氣孔位置相互錯(cuò)位，不能正對，以保證氣流和聲波在強(qiáng)勢中充分反射碰撞。通過設(shè)計(jì)合理的尺寸，可以使氣流在通過時(shí)，由于周邊空間產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致氣流流向在各級球形腔室中，聲波在其中反射相消，起到降低噪聲的作用。3、優(yōu)點(diǎn)及功效本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的半球形-球形結(jié)構(gòu)的消聲器可以針對特定的噪聲頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)，獨(dú)特的球面反射聚焦結(jié)構(gòu)使碰撞腔室內(nèi)壁的反射聲波與隨后的入射聲波能量相互抵消，大大提高了消聲器性能，它相比傳統(tǒng)的圓柱形內(nèi)插管消聲器具有消聲性能好，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，并能夠減小消聲器的相應(yīng)尺寸，特別適用于高溫、 水汽、油灰等惡劣條件下的噪聲控制，比如柴油機(jī)等設(shè)備的進(jìn)氣、排氣噪聲控制。優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)一、獨(dú)特的球面反射聚焦結(jié)構(gòu)使碰撞腔室內(nèi)壁的反射聲波與隨后的入射聲波能量相互抵消，其消聲效率比傳統(tǒng)的圓柱形等結(jié)構(gòu)形式的消聲器的消聲性能都要高。二、結(jié)構(gòu)簡單，可以有效地減小消聲器的尺寸。三、可針對特定的噪聲頻率來設(shè)計(jì)消聲器的結(jié)構(gòu)尺寸。本發(fā)明中各個(gè)腔室的大小即半徑是不同的，目的是對應(yīng)不同的降噪頻率。四、噪聲聲波在層層包絡(luò)的氣流通道中經(jīng)歷多次反射對沖，多次干涉相消，具有更好的消聲效果。


圖1為半球形三腔室消聲器基本結(jié)構(gòu)示意圖1——?dú)饬魅肟诠艿?——?dú)饬鞒隹诠艿?——串聯(lián)型結(jié)構(gòu)第一半球形腔室4——串聯(lián)型結(jié)構(gòu)第一連接管道5——串聯(lián)型結(jié)構(gòu)第二半球形腔室6——串聯(lián)型結(jié)構(gòu)第二連接管道7——串聯(lián)型結(jié)構(gòu)第三半球形腔室Xi——第i級腔室的半徑，i = 1,2,3...圖2為三個(gè)腔室同軸連接的半球形多腔室消聲器詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖，其中Φ” Φ2——?dú)饬魅肟?、出口管道直徑，D1, D2——?dú)饬魅肟诙?、出口端管道長度I1, I2——連接管道的長度r1 r2, r3——第i級腔室的半徑，i = 1，2，3Q1, α2, α 3——對稱面上第i級半球行腔室的圓心角，i = 1，2，3圖3為三個(gè)腔室不同軸，成一定角度連接的半球形多腔室消聲器詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖，其中β 2，相鄰半球形腔室之間中軸線的夾角圖4為串聯(lián)式聯(lián)結(jié)球形多腔室消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為并聯(lián)式聯(lián)結(jié)半球形多腔室消聲器基本結(jié)構(gòu)示意圖
圖中符號說明如下8——?dú)饬魅肟诠艿溃?——?dú)饬鞒隹诠艿溃?0——并聯(lián)式聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)中央有通氣孔的第1級腔室；11——并聯(lián)式聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)分布有多個(gè)通氣孔的第2級腔室；12——并聯(lián)式聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)中央有通氣孔的第3級腔室；13——并聯(lián)式聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)圓柱形封閉外殼；Φ 2——?dú)饬魅肟?、出口管道直徑；?——圓柱形封閉外殼的直徑；D1——?dú)饬魅肟诙斯艿篱L度；D2——?dú)饬鞒隹诙斯艿牢挥谇皇彝獠糠值拈L度；D3——?dú)饬鞒隹诙斯艿啦迦肭皇覂?nèi)部分的長度；D4——圓柱形封閉外殼的長度；ri; r2, r3——第i級腔室的半徑，i = 1,2,3 ；圖6為混合聯(lián)接式半球形多腔室消聲器基本結(jié)構(gòu)。圖中符號說明如下14——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)氣流入口管道；15——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)主干通道第1半球形腔室；16——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道1第1連接管道；17——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道1第1半球形腔室；18——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道1第2連接管道；19——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)主干通道第2半球形腔室；
20——主干腔室第2連接管道；31——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道1第2半球形腔室；22——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道1第2連接管道；23——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)主干通道第3半球形腔室；24——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)氣流出口管道；25——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道2第1連接管道；26——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道2第1半球形腔室；27——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)主干腔室第1連接管道；28——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道2第2連接管道；29——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道2第2半球形腔室；
30——混合聯(lián)接式結(jié)構(gòu)支路通道2第3連接管道；Φ i，Φ 2——?dú)饬魅肟?、出口直徑；D1——?dú)饬魅肟诙斯艿篱L度；D2——?dú)饬鞒隹诙斯艿篱L度；r0,——?dú)饬髦鞲赏ǖ郎系牡趇級腔室的半徑，i = 1,2,3...氣流支線通道1上的第i級腔室的半徑，i = 1,2,r2,氣流支線通道2上的第i級腔室的半徑，i = 1,2,
I0i——?dú)饬髦鞲赏ǖ郎舷噜徢皇抑g連接管道的長度，i = 1，2，β \——?dú)饬髦Ь€通道1與主干通道的中心線的夾角；β J2—?dú)饬髦Ь€通道1上兩腔室之間的夾角；I1i——?dú)饬髦Ь€通道1上相鄰腔室之間連接管道的長度；β、一氣流支線通道2與主干通道的中心線的夾角；β 22——?dú)饬髦Ь€通道2上第一級腔室與第二級腔室之間的夾角；I2i——?dú)饬髦Ь€通道2上相鄰腔室之間連接管道的長度。圖7a為氣流直通型包絡(luò)式球形消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。圖7b為氣流非直通型包絡(luò)式球形消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。圖中符號說明如下31——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)氣流入口管道32——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)圓球形封閉外殼33——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)分布有通氣孔的球形腔室134——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)分布有通氣孔的球形腔室235——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)氣流出口管道36——包絡(luò)式結(jié)構(gòu)球形腔室之間的連接支桿Φ 2——?dú)饬魅肟?、出口管道直徑D1——?dú)饬魅肟诙斯艿篱L度D2——?dú)饬鞒隹诙斯艿篱L度Γ ——第i級球形腔室的半徑，i = 1,2,3...圖8為圓柱形消聲器形狀結(jié)構(gòu)簡圖。圖9為圓錐形消聲器形狀結(jié)構(gòu)簡圖。圖10為半球形消聲器形狀結(jié)構(gòu)簡圖。圖11為三種形狀消聲器傳遞損失對比曲線。圖12為不同α取值消聲器傳遞損失對比曲線。圖13為不同β取值消聲器傳遞損失對比曲線。圖14為單腔室結(jié)構(gòu)半球形消聲器示意圖。圖15為雙腔室結(jié)構(gòu)半球形消聲器示意圖。圖16為不同腔室數(shù)目消聲器傳遞損失對比曲線。
具體實(shí)施例方式已知某型號柴油機(jī)的排氣管直徑為沈0讓，正常工作時(shí)排氣平均溫度為600°C。利用聲學(xué)儀器測得噪聲頻譜中以頻率為432Hz，494Hz，665Hz處的噪聲分貝值最大。所以設(shè)計(jì)該消聲器氣流入口出口管道直徑應(yīng)為260 。選用各種尺寸腔室的半徑分別為T1 =.汽丨:八=0.4000 [m) = 400mmT7 = ―1——T^——1 = 0,349Sfm) ::: 3SOnim
A*r-"r'，*r‘ ‘1* = “ “ ^^1= 0.2 5981'm) ^ 260mm
L J 34>-66S“ J實(shí)施例1 串聯(lián)式聯(lián)結(jié)半球形三腔室消聲器
權(quán)利要求
1.一種球形-半球形多腔室消聲器，由氣流入口管道、多個(gè)球形或半球形腔室、連接管道以及氣流出口管道依次聯(lián)接而成，其特征在于氣流入口管道(既進(jìn)氣端)與噪聲源設(shè)備排氣口連接，氣流入口管道的另一端插入第一個(gè)球形或半球形腔室內(nèi)并連通，第一個(gè)球形或半球形腔室與多個(gè)球形或半球形腔室通過連接管道連接，最后一級球形或半球形腔室內(nèi)插入一個(gè)氣流出口管道并與大氣連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于所述的多個(gè)腔室并聯(lián)連接，由氣流入口管道、氣流出口管道、多個(gè)置于圓柱形封閉外殼內(nèi)部且層層包裹且分布有通氣孔的半球形腔室同一軸線連接組合而成，該氣流入口管道的進(jìn)氣口一端與噪聲源設(shè)備排氣口連接，排氣口一端與圓柱形封閉外殼相通；該氣流出口管道的進(jìn)氣口一端伸進(jìn)圓柱形封閉外殼內(nèi)部并與其相通，排氣口一端通往大氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1及權(quán)利要求2所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于 半球形腔室中部設(shè)置有一通孔，在半球形腔室的球面上沿氣流入、出口管道中心線的四周均勻分布一定數(shù)目的通氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于所述的球形或半球形多腔室呈混合式聯(lián)接，由一條氣流主干通道與多條氣流支線通道并聯(lián)連接而成； 每條氣流通道是由氣流入口管道、或多個(gè)半球形腔室、主干腔室連接管道和氣流出口管道同軸線串連而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求4所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于 每一條氣流支線通道從主干通道的第一個(gè)半球形腔室起始，由兩個(gè)半球形腔室和支線腔室連接管道依次連接而成，最后匯入氣流主干通道的最后一個(gè)半球形腔室；其中，半球形腔室的中心線與氣流主干通道的中心線有夾角，氣流支線通道1上兩腔室之間有夾角；支線腔室連接管道直徑與主干腔室連接管道相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于所述的球形或半球形多腔室呈包絡(luò)式聯(lián)接，它是由氣流入口管道、圓球形封閉外殼、多級層層包裹的球形腔室、氣流出口管道以及球形腔室之間的連接支桿連接組合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、權(quán)利要求6所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于 該球形腔室之間有連接支桿連接和支撐相鄰兩球壁；該球形腔室是球壁上開有數(shù)個(gè)通孔的圓球形外殼；內(nèi)部相鄰兩球形腔室的通孔不能正對。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于多個(gè)球形或半球形腔室的球半徑為I^ri的尺寸由噪聲源噪聲主頻&及噪聲源氣流溫度C等參數(shù)而定，即每個(gè)球形或半球形腔室的不同結(jié)構(gòu)大小對應(yīng)不同的消聲頻率段；
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8所述的一種球形-半球形多腔室消聲器，其特征在于多個(gè)球形或半球形腔室的球半徑為r,的尺寸由噪聲源噪聲主頻&及噪聲源氣流溫度C等參數(shù)而定，即每個(gè)球形或半球形腔室的不同結(jié)構(gòu)大小對應(yīng)不同的消聲頻率段，可按以下公式計(jì)算-331.3+0.606C其中，fi表示噪聲源噪聲主頻率，C表示腔室內(nèi)工作狀態(tài)下溫度，r,表示第i個(gè)腔室的球半徑；腔室的數(shù)目根據(jù)具體情況，由于現(xiàn)場工況的限制以及消聲性能的要求選取。
全文摘要
一種球形-半球形多腔室消聲器，它由氣流入口管道、多個(gè)球半徑不同的半球形腔室、連接管道以及氣流出口管道依次聯(lián)結(jié)而成，該氣流入口管道進(jìn)氣端與噪聲源設(shè)備排氣口連接，氣流入口管道出氣端與球半徑最大的半球形腔室中心部位連通，多個(gè)半球形腔室通過連接管道在中心部位連接，氣流出口管道的進(jìn)氣端與球半徑最小的半球形腔室中心部位連通，氣流出口管道的排氣端通往大氣；該氣流入口管道、氣流出口管道和連接管道等徑，并與噪聲源設(shè)備排氣口直徑相同；各腔室之間可以以串聯(lián)、并聯(lián)、混合式聯(lián)結(jié)以及包絡(luò)式聯(lián)結(jié)等形式組合在一起；本發(fā)明獨(dú)特的球面反射聚焦結(jié)構(gòu)使碰撞腔室內(nèi)壁的反射聲波與隨后的入射聲波能量相互抵消，大大提高了消聲器性能，特別適用于高溫、水汽、油灰等惡劣條件下的噪聲控制。
文檔編號F01N1/02GK102444447SQ20111043322
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者莊達(dá)民, 楊博, 馬金盛 申請人:北京航空航天大學(xué)