一种物理减震消声管道及其制备方法与流程

本发明属于减震水阀技术领域，特别是涉及一种物理减震消声管道及其制备方法。

背景技术：

疏水阀作为疏水系统的重要节能元件，起着阻汽通水排空气的重要功能。但在高温高压过热蒸汽的管道系统中通常只有极少量的凝结水产生，高温高压过热蒸汽疏水阀此时的主要作用在于排除过热度达不到要求的过热或饱和蒸汽。由于蒸汽疏水阀内部结构复杂，流道具有典型的节流特征，在其启闭瞬间介质的流态是典型的高速湍流，不可避免地在阀内产生压强脉动，诱发管道系统振动同时产生噪声。

高温高压过热蒸汽在疏水阀启闭瞬间的流动可以看成是由多尺度不规则涡流叠合而成的湍流，其流场由navier－stokes(n－s)方程控制，可采用直接数值模拟和非直接数值模拟方法处理，直接数值模拟以给出所有湍流脉动，对噪声的分析十分有利，但对计算机计算能力有非常高的要求，目前难以实现。非直接的时均化处理方法可给出时均压强、速度及涡流强度，对湍流诱发振动和噪声的分析有重要意义，但时均化数值模拟缺乏频普分析，在流场计算中丢失了与振动、噪声紧密相关的时域和频率信息;而非直接的大涡模拟将湍流场中的涡流分为不同尺度的涡流，湍流输运方程中既包含大尺度脉动也包含小尺度脉动，大尺度湍涡可用数值计算方法直接求解，小尺度湍涡对大尺度湍涡的作用可通过亚格子模型使方程封闭，大涡模拟所得的湍流有利于分析其频谱特性。

通过分析得到，现有技术中对水水发的减震消声处理已经接近能处理的最大限度，很难继续作出改进，这就迫使我们对疏水阀的减震材料做出一定的改进，进而最大限度的解决水流的噪音问题。

石墨烯是以sp^２杂化连接的碳原子层构成的二维材料，其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”，被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度，碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还高100倍。石墨烯还具有特殊的电光热特性，包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度，被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。

石墨烯是一种疏松物质，在高分子基体中易团聚，而且石墨烯本身不亲油、不亲水，在一定程度上也限制了石墨烯与高分子化合物的复合，尤其是纳米复合。因而，很多学者对石墨烯的改性进行了大量的研究，以提高石墨烯和高分子基体的亲和性，从而得到优异的复合效应。

基于石墨烯巨大的优势背景前提之下，申请人通过将高热导率、高强度其引入疏水阀供热系统中发现其在减震消声方面取得的意想不到的好处，于是，对疏水阀的减震消声结构作出了相应的改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种物理减震消声管道来解决了现有技术中疏水阀的减震系统对水流的消音不彻底、导热率的的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供了一种物理减震消声管道，包含改性石墨、二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉，其中所述改性石墨占50-80份、二甲基甲酰胺占2-7份、丙酮占1-3份、氯仿占2-5份、四氢呋喃占3-8份、甲苯占1-3份、咔唑占2-5份,dmf占60-80份，碳酸钾占2-6份,碘化亚铜占1-3份,1,10-菲罗啉占1-5份。

作为本方案的一种改进，所述管道中还包括化合物1，所述化合物1的结构式如下：

作为本方案的进一步改进，所述管道中还包括化合物3，所述化合物3的结构式如下：

基于上述方案，本发明还提供了一种物理减震消声管道的制备方法，具体包含如下步骤：

s1：取石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离合物中，以10-20v的恒定电压，反应30-40min，得到功能化石墨烯；

s2：将其放入二甲基甲酰胺中，经超声波处理，得到均匀分散的石墨烯溶液；

s3：将其放入水、丙酮、氯仿、四氢呋喃、二甲基甲酰胺以及甲苯溶液中，在分子间的作用力下使得层与层之间紧密堆叠，得到备料a。

s4：取化合物1、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉混合,在氮气保护下，升温至140℃，保温反应，降温至常温，将反应液慢慢倾入去离子水中，搅拌，抽滤，去离子水淋洗，收集滤饼，过硅胶柱精制，二氯甲烷：石油醚=1:1洗脱（v/v），得到化合物2；

s5：将化合物2、丙二腈、四氢呋喃、三乙胺，氮气保护下，常温下搅拌反应，减压脱除溶剂，所得粗品过硅胶柱层析精制，洗脱剂为正己烷：二氯甲烷=1:1（v/v），所得目标物粗品，使用化学气相沉积系统进一步升华提纯，升华温度350℃，得到备料b。

s6：将备料a与备料b进行混合，并加入过氧化环己酮，在1000℃以上进行烧制并建模成型。

作为本方案的一种改进，所述s4中的化合物1的分子式如下：

其反应方程式如下：

优选的，所述化合物1为2-6份，咔唑为2-5份,dmf为60-80份，碳酸钾为2-6份,碘化亚铜为1-3份,1,10-菲罗啉为1-5份,

优选的，所述的加热温度为升温至120℃-150℃，保温时间为应12-18h。

为了更明确本发明的目的，本发明进一步还提供了一种物理减震消声管道在疏水阀中的应用，所述管道应用在疏水阀中，用于降低水流噪音。

与现有技术相比，本发明的物理减震消声管道，有良好的消声性能，减震效果好，消声率高，能够即使抵消水流的撞击产生的噪音，并且具有良好的导热性能和较高的强度，能够满足生产实际使用。

附图说明

图1是对比例的声压场d接收点的声压脉动曲线。

图2是对比例的将压强脉动转化为声压的频谱图。

图3是对比例的转换为1/3倍时的频谱图。

图4是本发明的实施例的声压场d接收点的声压脉动曲线。

图5是本发明的实施例的测试点的声压频谱图。

具体实施方式

下面通过具体实施例的形式来对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但以下实施例仅起到帮助理解本发明的作用，并不能理解为是对本发明的进一步限定。

在本发明中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

“基本”或“基本上”并不排除“完全”的意思。如一个成分“基本上不含”y，也可以是完全不含有y。在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5%，+/-4%，+/-3%，+/-2%，+/-1%，+/-0.5%，+/-0.2%，+/-0.1%，+/-0.05%，+/-0.01%等。如果需要，“基本”或“基本上”可以以上浮动范围代替或从本发明定义中删除。

“含有”既包括提到的因素，也允许包括附加的、不确定的因素。

“大约”、“约”、“左右”在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5%，+/-4%，+/-3%，+/-2%，+/-1%，+/-0.5%，+/-0.2%，+/-0.1%，+/-0.05%，+/-0.01%等。

“和/或”表示由其连接的多个术语可以各自单独地使用，也可以相互任意地组合。

本发明中，为简明起见而使用的数值范围不仅包括其端点值，也包括其所有的子范围和此范围内所有的单独的数值。例如，数值范围1-6不仅包括子范围，例如1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等，也包括此范围内单独的数值，例如1、2、3、4、5、6。

实施例一：一种物理减震消声管道，包含改性石墨、二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉，其中所述改性石墨占份、二甲基甲酰胺占2份、丙酮占1份、氯仿占2份、四氢呋喃占3份、甲苯占1份、咔唑占2份,dmf占60份，碳酸钾占2份,碘化亚铜占1份,1,10-菲罗啉占1份。

实施例二：实施例一：一种物理减震消声管道，包含改性石墨、二甲基甲酰胺、dmf、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉，其中所述改性石墨占50份、二甲基甲酰胺占7份、dnf占3份、咔唑占5份,dmf占80份，碳酸钾占6份,碘化亚铜占3份,1,10-菲罗啉占5份。

还包括化合物1，所述化合物1的结构式如下：

实施例三：一种物理减震消声管道，包含改性石墨、二甲基甲酰胺、丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉，其中所述改性石墨占60份、二甲基甲酰胺占5份、丙酮占2份、氯仿占3份、四氢呋喃占4份、甲苯占2份、咔唑占3份,dmf占60份，碳酸钾占3份,碘化亚铜占1份,1,10-菲罗啉占4份。

还包括化合物1，所述化合物1的结构式如下：

还包括化合物3，所述化合物3的结构式如下：

实施例四：本发明还提供了一种物理减震消声管道的制备方法，具体包含如下步骤：

s1：取石墨棒作为阴极，浸于水和咪唑离子液的相分离合物中，以10-20v的恒定电压，反应30-40min，得到功能化石墨烯；

s2：将其放入二甲基甲酰胺中，经超声波处理，得到均匀分散的石墨烯溶液；

s3：将其放入水、丙酮、氯仿、四氢呋喃、二甲基甲酰胺以及甲苯溶液中，在分子间的作用力下使得层与层之间紧密堆叠，得到备料a。

s4：取化合物1、咔唑、dmf、碳酸钾、碘化亚铜、1,10-菲罗啉混合,在氮气保护下，升温至140℃，保温反应，降温至常温，将反应液慢慢倾入去离子水中，搅拌，抽滤，去离子水淋洗，收集滤饼，过硅胶柱精制，二氯甲烷：石油醚=1:1洗脱（v/v），得到化合物2；

s5：将化合物2、丙二腈、四氢呋喃、三乙胺，氮气保护下，常温下搅拌反应，减压脱除溶剂，所得粗品过硅胶柱层析精制，洗脱剂为正己烷：二氯甲烷=1:1（v/v），所得目标物粗品，使用化学气相沉积系统进一步升华提纯，升华温度350℃，得到备料b。

s6：将备料a与备料b进行混合，并加入过氧化环己酮，在1000℃以上进行烧制并建模成型。

所述s4中的化合物1的分子式如下：

其反应方程式如下：

所述化合物1为2-6份，咔唑为2-5份,dmf为60-80份，碳酸钾为2-6份,碘化亚铜为1-3份,1,10-菲罗啉为1-5份,

所述的加热温度为升温至120℃-150℃，保温时间为应12-18h。

实施例五：其实施方式与实施例四基本相同，其不同之处在于化合物3的制备过程：

s1：化合物1的制备：参照文献j.org.chem.2010,75,7877–7886所述方法制备（属于现有技术，具体过程不再详细介绍）。

s2：化合物2的制备：在250ml三口瓶中，加入化合物1(4.2g，8mmol）,咔唑(3.34g，20mmol）,dmf（80g），碳酸钾(4.14g，30mmol）,碘化亚铜(0.15g，0.8mmol）,1,10-菲罗啉(0.29g，1.6mmol）,氮气保护下，升温至140℃，保温反应16h，降温至25℃，将反应液慢慢倾入300ml去离子水中，搅拌1h，抽滤，150ml去离子水淋洗，收集滤饼，过硅胶柱精制，二氯甲烷：石油醚=1:1洗脱（v/v），得到化合物2精品4.13g，收率74%，高分辨质谱鉴定结构，正离子模式，分子式c43h24f6n2o，理论值698.1793，测试值698.1797。

s3：化合物3的制备：在100ml三口瓶中，加入化合物2（3.9g，5.5mmol），丙二腈（0.55g，8.3mmol），四氢呋喃（45g），三乙胺（0.55g，5.5mmol），氮气保护下，25℃搅拌反应40h，减压脱除溶剂，所得粗品过硅胶柱层析精制，洗脱剂为正己烷：二氯甲烷=1:1（v/v），所得目标物c01粗品，使用化学气相沉积系统进一步升华提纯，升华温度350℃，得到2.4g目标物c01精品，收率58.5%，高分辨质谱，正离子模式，分子式c46h24f6n4，理论值746.1905，测试值746.1912，元素分析（c46h24f6n4），理论值c：73.99，h：3.24，f：15.27，n：7.50，实测值c：74.01，h：3.27，f：15.26，n：7.46。

本发明还提供了一种物理减震消声管道在疏水阀中的应用，所述管道应用在疏水阀中，用于降低水流噪音。

下面通过振动和噪声源的频谱分析来对本发明的消声效果进一步测试：

消声器的消声量计算：节流降压消声器的消声量可按临界降压估算式确定，即:

式中:p1为进入消声器的入口压强，(kg/cm²)；p0为环境压强，(kg/cm²)；n为节流层数；a为修正系数，其实验值为0.7-1.1。由上式计算得到本发明消声器的消声量能够达到26.7db(a)。

为了进一步观察主要振源和噪声源区域内湍流的参数特征，设置了7个主要观测点(沿x轴垂直方向1m处)。由前分析知涡流主要存在于节流口及其下游区域，为此将图1沿流体流动方向设置七个监测位置a(200mm，1500mm)、b(250mm，1500mm)、c(300mm，1500mm)、d(350mm，1500mm)、e(400mm，1500mm)、f(450mm，1500mm)、g(500mm，1500mm)作为脉动数据分析点，通过软件输出这些点的压强脉动数据。

对比例：作为对比例，对现有技术中随机抽取多个普通的疏水阀，对其减震消音结果进行了测试，图1显示了t=0.024s～0.044s时间段在d点处的压强脉动计算结果。图2是通过傅里叶变换将压强脉动转化为声压的频谱图，充分显示了湍流喷注的固有频率，当转换为1/3倍频带谱(如图3所示)可以清楚的看出在1500hz－2500hz频率范围声压超过170db。通过同样的方式对其它观测点进行频谱分析，将所得数据进行统计和分析，得出声压超过170db的频率范围主要分布在300hz、1500hz～2800hz和3300hz－3700hz。

实施例：由lighthill声比拟理论和前面大涡模拟计算结果，应用fw-h方法对消声器内流场进行湍流噪声的数值预测。为了与前面对比例的计算结果作对比，下面对本发明的技术方案取得的减震消音结果进行了测试，图4是声压场d接收点的声压脉动曲线，然后对其进行快速傅里叶变换得到湍流噪声的声压频谱图。

对比图1，2,3，从图4可以看出，t=0.024s～0.044s时间段监测d点的压强脉动和声压频率有了明显的降低。两频谱图显示的对比结果即为上述公式计算的消声值，其结果基本一致，出现偏差主要是由于大涡模拟综合考虑了湍流流场的动态特性(流速、压强的瞬态变化)，综合分析可知，仿真试验结果与理论计算是相吻合的，声压频谱监测图对理论分析提供了准确的参考价值。另外从图5可明显看出，蒸汽经过消声器后噪声频谱特性有所变化，噪声峰值频率有所升高，主要是由于本发明中的消声材料进行改进的功效。

通过lighthill声比拟理论和fw-h方法对蒸汽疏水阀和消声器内的湍流流场进行频谱分析，仿真试验结果与理论计算结果相吻合，进一步证明了本发明的疏水阀消声材料有良好的消声性能，能够满足生产实际使用。

本发明的物理减震消声管道，有良好的消声性能，减震效果好，消声率高，能够即使抵消水流的撞击产生的噪音，并且具有良好的导热性能和较高的强度，能够满足生产实际使用。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围。