专利名称：一种球形-半球形多腔室消声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种消声器，特别涉及一种球形-半球形多腔室消声器。它适用于进气、排气等形式的噪声治理，尤其适用于大功率柴油机等内燃机的进气、排气噪声的治理， 属于环保设备技术领域。
背景技术：
消声器主要分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器三大类。阻性消声器是利用气流管道内不同结构形式的多孔吸声材料等形式吸收声能来降低噪声的消声器，这类消声器的消声量主要取决于所用吸声层的吸声系数和吸声表面积及消声器的长度等参数，它对中、高频声音能取得较好的消声效果，其主要缺点是怕高温、 水气、油雾、油灰等，因为油灰等杂质会堵塞吸声材料的微孔而减少吸声系数，降低消声效^ ο抗性消声器是通过管道内声学特性的突变将部分声波反射回声源方向，以达到消声目的的消声器，主要适用于降低中低频段的噪声，具有耐高温、构造简单等特点。阻抗复合式消声器是将阻性及抗性消声原理组合设计构成的复合式消声器。因为阻性消声器在高频具有优良的消声性能，而抗性消声器在中低频有较好的消声性能，将两者组合就可以在较宽的频带内都能得到满意的消声效果，但是对排气介质有一定的要求。常见的抗性消声器为圆柱形结构，并且设计过程中没有特定的噪声频率进行设计，消声效率不高。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种球形-半球形多腔室消声器， 能够有效降低排气进气等形式的噪声。本发明为实现上述目的采用半球形-球形多腔室结构，它由气流入口管道、多个半球形或球形腔室、连接管道以及气流出口管道依次联接而成，该气流入口管道进气端与噪声源设备排气口连接，气流入口管道出气端与球半径最大的半球形或球形腔室中心部位连通，多个半球形或球形腔室通过连接管道在中心部位连接，气流出口管道的进气端与球半径最小的半球形或球形腔室中心部位连通，气流出口管道的排气端通往大气；该气流入口管道、气流出口管道和连接管道等径，并与噪声源设备排气口直径相同。该半球形或球形腔室是中部开有通孔(孔径与连接管道等径)的封闭性半球或球。多个半球形或球形腔室的球半径为ri，比如为三个半球或球，其半径依次为rl，r2，r3，且ri的尺寸由噪声源噪声主频fi及噪声源气流温度C等参数而定，即每个半球形或球形腔室的不同结构大小对应不同的消声频率段，计算公式为 其中，fi表示噪声源噪声主频率，C表示腔室内工作状态下温度，r,表示第i个腔室的球半径。腔室的数目根据具体情况，由于现场工况的限制以及消声性能的要求，可选取 2 5个。各个腔室一般沿同一轴线连接，也可以成一定角度串联连接；根据具体情况，各个腔室之间可以串联连接、并联连接、混合式连接和包络式连接四种形式，以达到最佳的消声效果。如图2和图3所示为串联式连接结构，由气流入口管道、多个半球形或球形腔室、 连接管道以及气流出口管道依次串联而成。采用串联的半球形-球形多腔室消声器的结构尺寸参数按以下方法确定，设ΦρΦ2为消声器的气流入口、出口直径，D1, D2为消声器的入口端、出口端管道长度，I1, I2为连接管道的长度，T1, r2, r3为第1，2，3级腔室的半径。每一个腔室并不一定正好是半球形，在对称中心面上的圆心角分别为h，a2, Ci3，它们的理论取值范围为大于0°小于等于360°。当α小于360°时腔室为球形的一部分，当α等于 360°时即为球形腔室。各个腔室一般沿同一轴线连接，根据实际情况，也可以成角度串联连接，其中日2为相邻球形或半球形腔室之间中轴线的夹角，见图3所示。如图5所示为并联联结形式结构参数，它是由气流入口管道8、气流出口管道9、10 个置于圆柱形封闭外壳13内部且层层包裹且分布有通气孔的半球形腔室10、11、12同一轴线连接组合而成，该气流入口管道的进气口一端与噪声源设备排气口连接，排气口一端与圆柱形封闭外壳13相通；该气流出口管道的进气口一端伸进圆柱形封闭外壳13内部并与其相通，排气口一端通往大气；该气流入口管道、气流出口管道等径，并与噪声源设备排气口直径相同；半球形腔室10、12中部设置有一通孔；在半球形腔室11的球面上沿气流入、 出口管道中心线的四周均勻分布一定数目的通气孔。3个半球形腔室的球半径依次为r1; !^，!^，!^〈！^〈！^，且保持同心。由于受到外部圆柱形外封闭外壳的限制，部分腔室可以不是完整的半球，只是球面的一部分。混合式联结结构参数见图6，它是由一条气流主干通道与两条气流支线通道并联连接而成(图1中显示的示例有2条支线通道)。该气流主干通道是由气流入口管道、3 个半球形腔室、主干腔室连接管道和气流出口管道同轴线串连而成；该气流入口管道的一端即进气口与噪声源设备排气口连接，另一排气口端与第一个半球形腔室相通；该主干腔室连接管道将3个半球形腔室连通；该气流出口管道的一端即进气口与最后半球形腔室相通，另一排气口端通往大气；该气流入口管道、主干腔室连接管道及气流出口管道等径，并与噪声源设备排气口直径相同；该两条气流支线通道以气流主干通道的中心线为对称轴， 均勻分布在其两旁四周。每一条气流支线通道(以图中支线通道1为例)从主干通道的第一个半球形腔室15起始，由两个半球形腔室17、21和支线腔室连接管道16、18、22依次连接而成，最后汇入气流主干通道的最后一个半球形腔室23。其中，半球形腔室17 J6的中心线与气流主干通道的中心线有夹角，气流支线通道1上两腔室之间有夹角；支线腔室连接管道直径与主干腔室连接管道相同。包络式联接结构参数见图7，它是由气流入口管道31、圆球形封闭外壳32、多级层层包裹的球形腔室33、34、气流出口管道35以及球形腔室之间的连接支杆36等连接组合而成，该气流入口管道的一端即进气口与噪声源设备排气口连接，另一排气口端与圆球形封闭外壳32相通；该气流出口管道的一端即进气口与圆球形封闭外壳32相通，另一排气口端通往大气；该气流入口管道、气流出口管道等径，并与噪声源设备排气口直径相同；各腔室沿气流入、出口中心线方向形成一通孔，孔径同气流入、出口管道直径；该球形腔室之间的连接支杆36是圆杆形状，它连接和支撑相邻两球壁；该球形腔室33、34是球壁上开有多个通孔的圆球形外壳；球形腔室33、34的通气孔位置相互错位，不能正对，以保证气流和声波在强势中充分反射碰撞。通过设计合理的尺寸，可以使气流在通过时，由于周边空间产生负压，导致气流流向在各级球形腔室中，声波在其中反射相消，起到降低噪声的作用。3、优点及功效本发明的有益效果是本发明提出的半球形-球形结构的消声器可以针对特定的噪声频率进行设计，独特的球面反射聚焦结构使碰撞腔室内壁的反射声波与随后的入射声波能量相互抵消，大大提高了消声器性能，它相比传统的圆柱形内插管消声器具有消声性能好，结构简单等优点，并能够减小消声器的相应尺寸，特别适用于高温、 水汽、油灰等恶劣条件下的噪声控制，比如柴油机等设备的进气、排气噪声控制。优点主要体现在以下几点一、独特的球面反射聚焦结构使碰撞腔室内壁的反射声波与随后的入射声波能量相互抵消，其消声效率比传统的圆柱形等结构形式的消声器的消声性能都要高。二、结构简单，可以有效地减小消声器的尺寸。三、可针对特定的噪声频率来设计消声器的结构尺寸。本发明中各个腔室的大小即半径是不同的，目的是对应不同的降噪频率。四、噪声声波在层层包络的气流通道中经历多次反射对冲，多次干涉相消，具有更好的消声效果。
图1为半球形三腔室消声器基本结构示意图1——气流入口管道2——气流出口管道3——串联型结构第一半球形腔室4——串联型结构第一连接管道5——串联型结构第二半球形腔室6——串联型结构第二连接管道7——串联型结构第三半球形腔室Xi——第i级腔室的半径，i = 1,2,3...图2为三个腔室同轴连接的半球形多腔室消声器详细结构示意图，其中Φ” Φ2——气流入口、出口管道直径，D1, D2——气流入口端、出口端管道长度I1, I2——连接管道的长度r1 r2, r3——第i级腔室的半径，i = 1，2，3Q1, α2, α 3——对称面上第i级半球行腔室的圆心角，i = 1，2，3图3为三个腔室不同轴，成一定角度连接的半球形多腔室消声器详细结构示意图，其中β 2，相邻半球形腔室之间中轴线的夹角图4为串联式联结球形多腔室消声器结构示意图。图5为并联式联结半球形多腔室消声器基本结构示意图
图中符号说明如下8——气流入口管道；9——气流出口管道；10——并联式联结结构中央有通气孔的第1级腔室；11——并联式联结结构分布有多个通气孔的第2级腔室；12——并联式联结结构中央有通气孔的第3级腔室；13——并联式联结结构圆柱形封闭外壳；Φ 2——气流入口、出口管道直径；Φ3——圆柱形封闭外壳的直径；D1——气流入口端管道长度；D2——气流出口端管道位于腔室外部分的长度；D3——气流出口端管道插入腔室内部分的长度；D4——圆柱形封闭外壳的长度；ri; r2, r3——第i级腔室的半径，i = 1,2,3 ；图6为混合联接式半球形多腔室消声器基本结构。图中符号说明如下14——混合联接式结构气流入口管道；15——混合联接式结构主干通道第1半球形腔室；16——混合联接式结构支路通道1第1连接管道；17——混合联接式结构支路通道1第1半球形腔室；18——混合联接式结构支路通道1第2连接管道；19——混合联接式结构主干通道第2半球形腔室；
20——主干腔室第2连接管道；31——混合联接式结构支路通道1第2半球形腔室；22——混合联接式结构支路通道1第2连接管道；23——混合联接式结构主干通道第3半球形腔室；24——混合联接式结构气流出口管道；25——混合联接式结构支路通道2第1连接管道；26——混合联接式结构支路通道2第1半球形腔室；27——混合联接式结构主干腔室第1连接管道；28——混合联接式结构支路通道2第2连接管道；29——混合联接式结构支路通道2第2半球形腔室；
30——混合联接式结构支路通道2第3连接管道；Φ i，Φ 2——气流入口、出口直径；D1——气流入口端管道长度；D2——气流出口端管道长度；r0,——气流主干通道上的第i级腔室的半径，i = 1,2,3...气流支线通道1上的第i级腔室的半径，i = 1,2,r2,气流支线通道2上的第i级腔室的半径，i = 1,2,
I0i——气流主干通道上相邻腔室之间连接管道的长度，i = 1，2，β \——气流支线通道1与主干通道的中心线的夹角；β J2—气流支线通道1上两腔室之间的夹角；I1i——气流支线通道1上相邻腔室之间连接管道的长度；β、一气流支线通道2与主干通道的中心线的夹角；β 22——气流支线通道2上第一级腔室与第二级腔室之间的夹角；I2i——气流支线通道2上相邻腔室之间连接管道的长度。图7a为气流直通型包络式球形消声器结构示意图。图7b为气流非直通型包络式球形消声器结构示意图。图中符号说明如下31——包络式结构气流入口管道32——包络式结构圆球形封闭外壳33——包络式结构分布有通气孔的球形腔室134——包络式结构分布有通气孔的球形腔室235——包络式结构气流出口管道36——包络式结构球形腔室之间的连接支杆Φ 2——气流入口、出口管道直径D1——气流入口端管道长度D2——气流出口端管道长度Γ ——第i级球形腔室的半径，i = 1,2,3...图8为圆柱形消声器形状结构简图。图9为圆锥形消声器形状结构简图。图10为半球形消声器形状结构简图。图11为三种形状消声器传递损失对比曲线。图12为不同α取值消声器传递损失对比曲线。图13为不同β取值消声器传递损失对比曲线。图14为单腔室结构半球形消声器示意图。图15为双腔室结构半球形消声器示意图。图16为不同腔室数目消声器传递损失对比曲线。
具体实施例方式已知某型号柴油机的排气管直径为沈0讓，正常工作时排气平均温度为600°C。利用声学仪器测得噪声频谱中以频率为432Hz，494Hz，665Hz处的噪声分贝值最大。所以设计该消声器气流入口出口管道直径应为260 。选用各种尺寸腔室的半径分别为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实施例1 串联式联结半球形三腔室消声器
权利要求
1.一种球形-半球形多腔室消声器，由气流入口管道、多个球形或半球形腔室、连接管道以及气流出口管道依次联接而成，其特征在于气流入口管道(既进气端)与噪声源设备排气口连接，气流入口管道的另一端插入第一个球形或半球形腔室内并连通，第一个球形或半球形腔室与多个球形或半球形腔室通过连接管道连接，最后一级球形或半球形腔室内插入一个气流出口管道并与大气连通。
2.根据权利要求1所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于所述的多个腔室并联连接，由气流入口管道、气流出口管道、多个置于圆柱形封闭外壳内部且层层包裹且分布有通气孔的半球形腔室同一轴线连接组合而成，该气流入口管道的进气口一端与噪声源设备排气口连接，排气口一端与圆柱形封闭外壳相通；该气流出口管道的进气口一端伸进圆柱形封闭外壳内部并与其相通，排气口一端通往大气。
3.根据权利要求1及权利要求2所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于 半球形腔室中部设置有一通孔，在半球形腔室的球面上沿气流入、出口管道中心线的四周均勻分布一定数目的通气孔。
4.根据权利要求1所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于所述的球形或半球形多腔室呈混合式联接，由一条气流主干通道与多条气流支线通道并联连接而成； 每条气流通道是由气流入口管道、或多个半球形腔室、主干腔室连接管道和气流出口管道同轴线串连而成。
5.根据权利要求1、权利要求4所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于 每一条气流支线通道从主干通道的第一个半球形腔室起始，由两个半球形腔室和支线腔室连接管道依次连接而成，最后汇入气流主干通道的最后一个半球形腔室；其中，半球形腔室的中心线与气流主干通道的中心线有夹角，气流支线通道1上两腔室之间有夹角；支线腔室连接管道直径与主干腔室连接管道相同。
6.根据权利要求1所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于所述的球形或半球形多腔室呈包络式联接，它是由气流入口管道、圆球形封闭外壳、多级层层包裹的球形腔室、气流出口管道以及球形腔室之间的连接支杆连接组合而成。
7.根据权利要求1、权利要求6所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于 该球形腔室之间有连接支杆连接和支撑相邻两球壁；该球形腔室是球壁上开有数个通孔的圆球形外壳；内部相邻两球形腔室的通孔不能正对。
8.根据权利要求1-7所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于多个球形或半球形腔室的球半径为I^ri的尺寸由噪声源噪声主频&及噪声源气流温度C等参数而定，即每个球形或半球形腔室的不同结构大小对应不同的消声频率段；
9.根据权利要求1-8所述的一种球形-半球形多腔室消声器，其特征在于多个球形或半球形腔室的球半径为r,的尺寸由噪声源噪声主频&及噪声源气流温度C等参数而定，即每个球形或半球形腔室的不同结构大小对应不同的消声频率段，可按以下公式计算-331.3+0.606C其中，fi表示噪声源噪声主频率，C表示腔室内工作状态下温度，r,表示第i个腔室的球半径；腔室的数目根据具体情况，由于现场工况的限制以及消声性能的要求选取。
全文摘要
一种球形-半球形多腔室消声器，它由气流入口管道、多个球半径不同的半球形腔室、连接管道以及气流出口管道依次联结而成，该气流入口管道进气端与噪声源设备排气口连接，气流入口管道出气端与球半径最大的半球形腔室中心部位连通，多个半球形腔室通过连接管道在中心部位连接，气流出口管道的进气端与球半径最小的半球形腔室中心部位连通，气流出口管道的排气端通往大气；该气流入口管道、气流出口管道和连接管道等径，并与噪声源设备排气口直径相同；各腔室之间可以以串联、并联、混合式联结以及包络式联结等形式组合在一起；本发明独特的球面反射聚焦结构使碰撞腔室内壁的反射声波与随后的入射声波能量相互抵消，大大提高了消声器性能，特别适用于高温、水汽、油灰等恶劣条件下的噪声控制。
文档编号F01N1/02GK102444447SQ20111043322
公开日2012年5月9日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者庄达民, 杨博, 马金盛 申请人:北京航空航天大学