专利名称：用于旋转气液混合流动噪声控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于旋转气液混合流动噪声控制装置，适用于各类热动力装置的高温尾气及冷却液混合后的气液排废噪声消除。
背景技术：
在各类热动力装置的应用场合，噪声问题因其特殊的重要性而受到广泛重视。噪声源之一来自热动力装置的尾气排放。热动力装置产生的大量废气，与冷却水混合后，经旋转排气管排入外界环境，这一过程产生强噪声。
目前，针对各类热动力排气噪声，美国、俄罗斯等国均展开深入研究，但很少有详细的公开报道。目前，国内很少有针对安装在热动力装置后的旋转管路内气液混合流动噪声的专门噪音控制结构。主要技术难题有
1、旋转排气管内空间有限。目前常规消声器主要有抗式消声和阻式消声，或阻抗结合，但都是依靠充足的容积变换来实现噪声控制，而尾气排气管的有限空间对消声器结构的要求很高；
2、气液混合流问题。目前大多说消声器主要用于气相消声，而对液相消声器和气液混合消声器极为少见。热动力排废管内的气液混合要求设计消声器能适用于气液混合排废消声。
3排气管路的低流阻要求。过大的管路流阻影响上游热动力装置的正常工作，消声结构的设计不仅要考虑降噪效果，还要考虑流阻的损失。
综上，对热动力排气噪声消声器的设计，要综合考虑降噪效果，流阻损失及气液混合流的分离等问题。发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种降噪效果好的用于旋转气液混合流动噪声控制装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于旋转气液混合流动噪声控制装置， 包括按照气流方向依次排列在的尾气排气管内的导向叶片组件、控涡结构、隔板I、隔板II 和隔板III ；
导向叶片组件、隔板I、隔板II和隔板III均与尾气排气管固定相连，控涡结构与导向叶片组件的尾部固定相连；导向叶片组件和隔板I之间的尾气排气管内腔形成共振腔室I，隔板I和隔板II之间的尾气排气管内腔形成共振腔室II，隔板II和隔板III之间的尾气排气管内腔形成共振腔室III ；
隔板I、隔板II和隔板III的中心均设有中心通孔，隔板I、隔板II和隔板III的边缘处均设有至少3个的均勻排列的边缘通孔。
作为本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的改进导向叶片组件包括叶片轴和2 4片的叶片，每片叶片的外出口角β 1为30° 60°，每片叶片的内出口角β2为 35° 55° ο
作为本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的进一步改进叶片的包角范围为90° 180°。
作为本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的进一步改进控涡结构的外表面与导向叶片组件的叶片轴的外表面呈光滑连接。
作为本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的进一步改进隔板I、隔板 II和隔板III的边缘通孔的数量依次增多。
作为本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的进一步改进导向叶片组件的轴心线与尾气排气管的轴心线相重合。
本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，利用热动力排气管旋转特性，首先设计导向叶片结构进行气液相分离；另，设计消声结构控制排废噪声；控涡结构等的设计还能有效控制排气管路的阻力损失。
由于气液流体对排气管内噪声影响较大，液滴在管内冲撞可能产生新的噪声，而且气液混流影响后续消声器的性能。而单纯依赖排气管管壁旋转带动管内气体旋转而产生的离心力不能将排气管内的气液分离。综上要求，设计导向叶片组件，依靠导向叶片组件在随排气管旋转时产生切向速度，分离气液两相。为减小导向叶片组件的流阻，同时也要满足其为气液相提供足够的离心力，因此设计成导向叶片组件的轴心线与尾气排气管的轴心线相重合。
气流经过导向叶片组件后在其后尾产生涡流，涡流的存在会产生新的流动阻力， 而且会产生新的流动噪声。控涡结构的圆滑过渡的曲面设计(即控涡结构的外表面与导向叶片组件的叶片轴的外表面呈光滑连接)能引导气流流动，避免涡流的产生。
共振腔室I、共振腔室II、共振腔室III通过隔板I、隔板II和隔板III上分别设置的中心通孔相连通，形成腔室消声器，用于降噪。在隔板I、隔板II和隔板III的边缘处 (即指与尾气排气管的接触边缘处)设置的边缘通孔，使气液混合相中的液相在导向叶片组件及旋转的尾气排气管的作用下被甩向尾气排气管的管壁，液体在“趋壁”效应和气流的轴向速度作用下沿管壁向下游移动，即，上述边缘通孔作为液相的流道而存在。
综上所述，本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，采用了导向叶片设计来实现气液相的分离。在本发明中还设计控涡结构，从而防止叶片出口中心处的涡流，控制排气管路流阻在一定范围内。在本发明中，隔板及其中心孔的设计，形成腔室结构消声器， 有助于降低排气噪声。在本发明中，隔板边缘通孔的设计为被分离的液体提供流道，防止确保气液两相二次混合。因此，本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置具有如下优点。
1目前基本没有专门用于气液介质的消声器，本发明填补了这方面的空缺；
2本发明专利充分利用热动力装置的旋转动力，实现气液两相的分离；
3本发明空间结构紧凑，源于分离后的气体降噪所需空间远低于气液降噪所需空间；
4本发明降噪频段针对性强。针对不同的热动力噪声特性，可适当调整隔板I、隔板II和隔板III，针对特定频段的噪声进行降噪。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。
图0是本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置的总剖视结构图1是图0中的导向叶片组件100的三维立体图 1 中，
左图是导向叶片组件100的三维立体中图和右图是对导向叶片组件100结构参数的说明；
图2是图1中的导向叶片组件100与控涡结构200在气排气管12内的连接关系示意图 2 中，
左图是导向叶片组件100与控涡结构200的连接关系的主视示意中图是左图的右视示意右图是左图中的导向叶片组件100被剖切后的示意图3是图1中导向叶片组件100与控涡结构200的三维立体图 3 中，
左图是叶片21为4片时的示意中图是叶片21为3片时的示意右图是叶片21为2片时的示意图4是图0中A-A剖的剖视示意图5是图0中B-B剖的剖视示意图6是图0中C-C剖的剖视示意图7是图0的实际使用状态示意图8是图7中的阀座600的结构示意图9是图0在实验1中的标注具体尺寸的示意图10图9中的导向叶片组件100的标注具体尺寸的示意图11是比较实验1所述直板导叶的结构图12是本发明的距叶片出口 120mm处切向速度沿径向分布规律图13是不同粒径的液体在管内径向位置分布规律图14是本发明的加隔板结构的传递损失结果结果图15是对比例1的距直板导叶出口 120mm处切向速度分布规律图16是不加隔板结构的传递损失图。
具体实施方式
实施例1、图0 图6结合给出了一种用于旋转气液混合流动噪声控制装置，包括按照气流方向依次排列在的尾气排气管12内的导向叶片组件100、控涡结构200、隔板 1300、隔板 11400 和隔板 III500 ；
导向叶片组件100由1个叶片轴10和在叶片轴10上均勻设置的2 4片的叶片 21组成，叶片21的包角(即一个叶片水平投影的扇形所夹圆心角)范围为90° 180°。 叶片21的外出口角β 1 (即叶片21的轴柱面展开平面中，叶片21与叶片轴10所交的交线与水平线之间的夹角，如图1所示)为30° -60°，叶片21的内出口角β2(即排气管12 的柱面展开平面中，叶片21与排气管12所交的交线与水平线之间的夹角，如图1所示)为 35° -55°。每片叶片21的外缘均与尾气排气管12的管壁连接为一体，从而实现导向叶片组件100依靠尾气排气管12支撑。叶片轴10的轴心线与尾气排气管12的轴心线相重合。
控涡结构200尾随在导向叶片组件100的后面，控涡结构200与叶片轴10的后端以焊接的方式固定相连(从而实现了与导向叶片组件100底部中心固定相连)，该控涡结构 200的外表面流线型设计(即与叶片轴10的外表面呈光滑连接)，从而诱导气流流动，防止涡流及流噪声产生；即，实现了利用流体的“趋壁”效应引流并避免涡流。
隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500为大小和厚度均相同的圆形隔板，其直径等于尾气排气管12的内径。隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500均与尾气排气管12的内壁固定相连。
隔板1300具体如图4所示在隔板1300的中心设有中心通孔沈，在隔板1300边缘处(即指与尾气排气管12的接触边缘处)设有3个均勻排列的边缘通孔51 (呈半圆形)。
隔板ΙΙ400具体如图5所示在隔板ΙΙ400的中心设有中心通孔32，在隔板ΙΙ400 边缘处(即指与尾气排气管12的接触边缘处)有4个的均勻排列的边缘通孔61 (呈半圆形)。
隔板ΙΙΙ500具体如图6所示在隔板ΙΙΙ500的中心设有中心通孔39，在隔板 ΙΙΙ500边缘处(即指与尾气排气管12的接触边缘处)设有6个的均勻排列的边缘通孔 81(呈半圆形)。
上述中心通孔沈的中心、中心通孔32的中心、中心通孔39的中心均与尾气排气管12的轴心线相重合，上述通孔的作用是为气流提供通道。
导向叶片组件100(包括尾随的控涡结构200)、隔板1300、隔板II400和隔板 III500相互之间均间隔一定的距离。位于导向叶片组件100(包括尾随的控涡结构200)和隔板1300之间的尾气排气管12内腔形成共振腔室120，位于隔板1300和隔板II400之间的尾气排气管12内腔形成共振腔室1130，位于隔板II400和隔板III500之间的尾气排气管12内腔形成共振腔室11140。共振腔室120、中心通孔沈、共振腔室1130、中心通孔32、 共振腔室11140、中心通孔39依次相连通，从而形成连贯的腔室，气流经中心通孔(沈，32， 39)进入相应的腔室后体积膨胀扩大，起到消声的作用。
本发明的用于旋转气液混合流动噪声控制装置实际使用时，如图7和图8所示被安装在热动力装置下游，并在尾气排气管12的排气口安装排气阀700。在尾气排气管12内 (靠近尾气排气管12的排气口处)设置阀座600，轴92的右端穿过阀座600的中心通孔后与排气阀700固定相连，轴92的左端设有定位凸台95，在轴92上套装有弹簧94，弹簧94 的两端分别抵着定位凸台95和阀座600。注图7中的90代表气流出口。
尾气排气管12在热动力装置下绕中心线(即，轴心线)旋转，同时带动导向叶片组件100、控涡结构200、隔板1300、隔板11400、隔板111500、阀座600和排气阀700 —起作旋转运动。
在有气流11进入尾气排气管12内时，气流克服弹簧94的阻力，使排气阀700呈打开状态；同理，在无气流进入尾气排气管12内时，排气阀700呈关闭状态。
实验1、实施例1所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，具体尺寸如图9和图10所示。尾气排气管12的内径为80mm，导向叶片组件100与隔板1300之间的间距为 220mm,隔板1300与隔板II400之间的间距为100mm，隔板II400与隔板III500之间的间距为100mm，隔板III500距离尾气排气管12的排气口 IOOmm冲心通孔26、中心通孔32和中心通孔39的直径均为16mm，边缘通孔51、边缘通孔61和边缘通孔81的半径均为8mm ’导向叶片组件100上的叶片21为圆弧叶片，包角为90°，叶片21总长为30mm(即对应图1中的h)，叶片21的个数为4。
采用商用Fluent软件中的DPM(颗粒轨迹)模型评估该结构分离气液两相的能力，流体入口轴向速度为100m/S，液体入口浓度为0. 5kg/So
图12是距叶片21出口 120mm处切向速度沿径向的分布规律，最大切向速度可达到lOOm/s，切向速度越大，颗粒越容易被分离。图13是距叶片21出口 120mm处颗粒在径向位置的分布规律。由图13可知，粒径为0.001mm和0.005mm的水滴在中心区(-0. 0; 0. 03m)内分布还比较广，而粒径大于0. 005mm的水滴大多集中在边壁区，可见该结构能有效的将液体颗粒分离到排气管的边壁面。
同时采用商用Sysnoise软件评估该结构的消声降噪性能。传递损失是用来评估消声降噪效果的重要参数。Sysnoise计算该结构的传递损失如图14所示。传递损失越大， 降噪效果越明显，图14结果说明该结构的焦躁效果非常的明显，在4000-5000HZ处的传递损失为65分贝。
对比实验1 更改实施例1中的叶片结构(如图11所示)，将叶片21的结构改为直板导叶，即，叶片曲面为平面，叶片21的长度仍为30mm，叶片21的数量仍为4，其余同实施例1 ；然后如同实验1进行检测，距导叶出口 120mm处的切向速度如图15所示，与图12相比较，最大切向速度减小近90%。切向速度越大，越有利于液滴被分离到壁面。
对比实验2 尾气排气管12是直通圆管，故将实施例1中的所有隔板(即隔板 1300、隔板II400和隔板III500)均去掉，其余同实施例1 ；然后如同实验1进行检测，计算其传递损失；如图16所示，直通管的传递损失几乎为零，即直通管对上游的噪声几乎不会起到降噪的作用。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。权利要求
1.用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是包括按照气流方向依次排列在的尾气排气管(12)内的导向叶片组件(100)、控涡结构(200)、隔板I (300)、隔板IK400)和隔板 111(500)；所述导向叶片组件(100)、隔板I (300)、隔板11(400)和隔板111(500)均与尾气排气管(12)固定相连，所述控涡结构(200)与导向叶片组件(100)的尾部固定相连；所述导向叶片组件(100)和隔板1(300)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室I (20)，所述隔板1(300)和隔板11(400)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室II (30)，所述隔板 11(400)和隔板III (500)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室III (40)；所述隔板I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的中心均设有中心通孔，所述隔板 I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的边缘处均设有至少3个的均勻排列的边缘通孔。
2.根据权利要求1所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是所述导向叶片组件(100)包括叶片轴(10)和2 4片的叶片(21)，每片叶片的外出口角β 为30° 60°，每片叶片的内出口角β2为;35° 55°。
3.根据权利要求2所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是叶片的包角范围为90° 180°。
4.根据权利要求2或3所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是所述控涡结构(200)的外表面与导向叶片组件(100)的叶片轴(10)的外表面呈光滑连接。
5.根据权利要求4所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是所述隔板 1(300)、隔板11000)和隔板III (500)的边缘通孔的数量依次增多。
6.根据权利要求5所述的用于旋转气液混合流动噪声控制装置，其特征是所述导向叶片组件(100)的轴心线与尾气排气管(12)的轴心线相重合。
全文摘要
本发明公开了一种用于旋转气液混合流动噪声控制装置，包括按照气流方向依次排列在的尾气排气管(12)内的导向叶片组件(100)、控涡结构(200)、隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)；导向叶片组件(100)和隔板I(300)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室I(20)，隔板I(300)和隔板II(400)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室II(30)，隔板II(400)和隔板III(500)之间的尾气排气管(12)内腔形成共振腔室III(40)；隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)均设有中心通孔和边缘通孔。该装置具有降噪效果好的特点。
文档编号F01N13/08GK102518498SQ201110439979
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月25日 优先权日2011年12月25日
发明者吴大转, 戴维平, 杜韬, 王乐勤, 许伟伟, 陈一伟 申请人:浙江大学