一种消音器及柴油发动机排气系统的制作方法

1.本发明涉及船用柴油发动机排气系统技术领域，特别涉及一种消音器及柴油发动机排气系统。


背景技术：

2.在沿海航行的船舶中，多数采用高速柴油发动机作为主推进动力。高速柴油发动机具有动力强劲、效率高、维护保养容易等特点，特别是在沿海的高速客船上得到广泛地应用。
3.船舶在工作航行时，因柴油发动机的压缩比高、最大爆发力压力大，排气噪声污染一般较汽油机更为严重，在柴油发动机排气系统中设计消音设备，是控制柴油发动机排气产生噪声一种有效的措施。
4.现有的柴油发动机排气系统中，消音设备的效果均不够理想，船舶在正常航行时，柴油发动机的排气系统仍然会产生高分贝的噪声，影响船员和船上乘客的乘坐体验。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种消音器，其结构巧妙，能够大幅减小柴油发动机排气中产生的噪音，具有良好的消音效果。
6.根据本发明第一方面实施例的一种消音器，包括：壳体，具有容积腔；第一隔板和第二隔板，均设置在所述壳体内，将所述容积腔依次分隔为进气扩张腔、共振腔以及排气扩张腔；进气颈口和出气口，分别设置在所述壳体的左右侧壁上，分别与所述进气扩张腔和所述排气扩张腔连通；联通管，穿设在所述共振腔内，左右两端分别与所述进气扩张腔和所述排气扩张腔连通，外壁沿周向开设有多个第一长条孔。
7.根据本发明第一方面实施例的一种消音器，至少具有如下有益效果：
8.本消音器在应用时，整个消音器安装在柴油发动机的末端。工作时，整个消音器对柴油发动机的排气依次进行三次消音处理。
9.第一次消音处理：柴油发动机的末端排气先从进气颈口进入到进气扩张腔中，由于进气颈口的横截面积和容积小于进气扩张腔的横截面积和容积，排气中的声波因遇到传播其的载体的横截面积突变而发生反射，使得排气中一部分沿进气颈口传播的声波反射回声源，从而使进入进气扩张腔的排气中的透射声能降低，即利用传播声波的载体的横截面积的扩张突变而使声波发生反射来减小排气中的噪音，上述过程即为本消音器对排气做的第一次消音处理。
10.第二次消音处理：进气扩张腔中的排气通过联通管的左端开口流入共振腔中，由于联通管是穿设在共振腔内且得益于联通管的外周壁上多个第一长条孔的存在，排气在共振腔中迅速膨胀扩大。根据亥姆霍兹共振原理，排气向外扩张时，联通管外壁上的第一长条孔形成具有一定声质量的空气柱，空气柱类似于活塞，而共振腔类似于具有一定声顺的空气弹簧，第一长条孔内形成的空气柱与共振腔二者即组成一个共振系统，当排气中的声波
传播至第一长条孔处时，在声波的作用下空气柱便产生振动，空气柱振动所产生的摩擦阻尼使得声波中的一部分声能转换成热能耗散在共振腔内，当声波的频率与共振系统的固有频率相同时，第一长条孔形成的空气柱发生共振，此时空气柱的振动速率达到最大值，即此时消耗的声能最多，对排气的消音量最大；同时，在这个消音过程中，由于第一长条孔的截面宽度也小于共振腔的横截面积，和第一次消音处理的原理一样，因此也有一部分声波因传播载体的横截面积的扩张突变而反射回声源，以此同步减小了排气中的噪音。上述过程即为本消音器对排气做的第二次消音处理。
11.第三次消音处理：共振腔内的排气得到前两次的消音处理后通过联通管的右端出口流入排气扩张腔中，由于联通管的横截面积小于扩张腔的横截面积，同样和第一次消音处理的原理一样，此时排气中的声波因传播载体的横截面积的扩张突变反射回声源，使得排气中的透视声能再次得到降低，进而降低了排气的声音强度，此即为本消音器对排气做的第三消音处理。
12.经过三次消音处理的排气从排气扩张腔流进出气口，进而从出气口排出，此时排气中的声能基本得到耗散，排气得到最大范围和最大程度的降噪。
13.整个消音器结构巧妙，通过进气扩张腔、共振腔、排气扩张腔以及联通管的巧妙设计，使得柴油发动机的排气依次流入到进气扩张腔、共振腔、排气扩张腔中得到三次消音处理，以最大程度和最大范围的消除了排气噪音，对柴油发动机的排气具有非常好的消音效果。
14.根据本发明的一些实施例，所述联通管处于所述共振腔的中部，且所述联通管的左右两端分别可拆卸地固定在所述第一隔板和所述第二隔板上。
15.根据本发明的一些实施例，所述共振腔内设有换热盘管，所述换热盘管内流通有用于吸收排气热量的冷媒。
16.根据本发明的一些实施例，所述换热盘管为螺旋盘管，所述联通管的外周罩设有固定套筒，所述固定套筒的外壁沿周向开设有多个第二长条孔，所述换热盘管盘设在所述固定套筒的外周壁上。
17.根据本发明的一些实施例，所述第一长条孔与所述第二长条孔平行且长度相等。
18.根据本发明的一些实施例，所述换热盘管的冷媒进口和冷媒出口均位于所述壳体的外壁上。
19.根据本发明的一些实施例，所述壳体呈圆柱状，所述进气扩张腔、所述共振腔以及所述排气扩张腔均为圆柱腔，所述进气颈口的内径小于所述进气扩张腔的内径，所述联通管的内径小于所述进气扩张腔、所述共振腔以及所述排气扩张腔的内径。
20.根据本发明的一些实施例，所述壳体的轴心与所述联通管的轴心处于同一直线上。
21.根据本发明第二方面实施例的一种柴油发动机排气系统，包括根据本发明第一方面实施例的一种消音器。
22.根据本发明第二方面实施例的一种柴油发动机排气系统，至少具有如下有益效果：
23.由于本柴油发动机排气系统具备上述的一种消音器，因此也具有该消音器同样的技术效果。
附图说明
24.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1为本发明实施例的结构示意图；
26.图2为本发明实施例的内部结构剖视图一；
27.图3为本发明实施例的内部结构剖视图二；
28.图4为本发明实施例的结构分解图。
29.其中：壳体100、进气扩张腔110、共振腔120、排气扩张腔130、进气颈口140、出气口150、第一隔板200、第二隔板300、联通管400、第一长条孔410、换热盘管500、冷媒进口510、冷媒出口520、固定套筒600、第二长条孔610。
具体实施方式
30.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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和简化描述，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。
32.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
33.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
34.参见图1、图2、图3和图4，本发明公开了一种消音器，包括壳体100、第一隔板200、第二隔板300、进气颈口140、出气口150以及联通管400。
35.其中，壳体100具有容积腔，第一隔板200和第二隔板300均设置在壳体100内，第一隔板200和第二隔板300将容积腔依次分隔为进气扩张腔110、共振腔120以及排气扩张腔130，进气颈口140和出气口150分别设置在壳体100的左右侧壁上，进气颈口140和出气口150分别与进气扩张腔110和排气扩张腔130连通，联通管400穿设在共振腔120内，联通管400的左右两端分别与进气扩张腔110和排气扩张腔130连通，联通管400的外壁沿周向开设有多个第一长条孔410。
36.需要理解的是，进气颈口140的横截面积小于进气扩张腔110的横截面积，即进气颈口140的口径小于进气扩张腔110的宽度，联通管400为圆柱管，联通管400的横截面积小于共振腔120和排气扩张腔130的横截面积，即联通管400的口径小于共振腔120和排气扩张腔130的宽度。
37.本消音器在应用时，整个消音器安装在柴油发动机的末端。
38.需要理解的是，本消音器在工作时，整个消音器对柴油发动机的排气依次进行三次消音处理，分别为，
39.第一次消音处理：柴油发动机的末端排气先从进气颈口140进入到进气扩张腔110中，由于进气颈口140的横截面积和容积小于进气扩张腔110的横截面积和容积，排气中的声波因遇到传播其的载体的横截面积突变而发生反射，使得排气中一部分沿进气颈口140传播的声波反射回声源，从而使进入进气扩张腔110的排气中的透射声能降低，即利用传播声波的载体的横截面积的扩张突变而使声波发生反射来减小排气中的噪音，上述过程即为本消音器对排气做的第一次消音处理。
40.第二次消音处理：进气扩张腔110中的排气通过联通管400的左端开口流入共振腔120中，由于联通管400是穿设在共振腔120内且得益于联通管400的外周壁上多个第一长条孔410的存在，排气在共振腔120中迅速膨胀扩大。根据亥姆霍兹共振原理，排气向外扩张时，联通管400外壁上的第一长条孔410形成具有一定声质量的空气柱，空气柱类似于活塞，而共振腔120类似于具有一定声顺的空气弹簧，第一长条孔410内形成的空气柱与共振腔120二者即组成一个共振系统，当排气中的声波传播至第一长条孔410处时，在声波的作用下空气柱便产生振动，空气柱振动所产生的摩擦阻尼使得声波中的一部分声能转换成热能耗散在共振腔120内，当声波的频率与共振系统的固有频率相同时，第一长条孔410形成的空气柱发生共振，此时空气柱的振动速率达到最大值，即此时消耗的声能最多，对排气的消音量最大；同时，在这个消音过程中，由于第一长条孔410的截面宽度也小于共振腔120的横截面积，和第一次消音处理的原理一样，因此也有一部分声波因传播载体的横截面积的扩张突变而反射回声源，以此同步减小了排气中的噪音。上述过程即为本消音器对排气做的第二次消音处理。
41.第三次消音处理：共振腔120内的排气得到前两次的消音处理后通过联通管400的右端出口流入排气扩张腔130中，由于联通管400的横截面积小于扩张腔130的横截面积，同样和第一次消音处理的原理一样，此时排气中的声波因传播载体的横截面积的扩张突变反射回声源，使得排气中的透视声能再次得到降低，进而降低了排气的声音强度，此即为本消音器对排气做的第三消音处理。
42.显然，经过三次消音处理的排气从排气扩张腔130流进出气口150，进而从出气口150排出，此时排气中的声能基本得到耗散，排气得到最大范围和最大程度的降噪。
43.整个消音器结构巧妙，通过进气扩张腔110、共振腔120、排气扩张腔130以及联通管400的巧妙设计，使得柴油发动机的排气依次流入到进气扩张腔110、共振腔120、排气扩张腔130中得到三次消音处理，以最大程度和最大范围的消除了排气噪音，对柴油发动机的排气具有非常好的消音效果。
44.在本发明的一些实施例中，再参见图2和图3，为了提高本消音器对柴油发动机的排气进行消音处理的均匀性，联通管400处于共振腔120的中部，且联通管400的左右两端分别可拆卸地固定在第一隔板200和第二隔板300上。联通管400设置在共振腔120的中部可以使得排气从联通管400的第一长条孔410中均匀地向共振腔120内扩散，使得第一长条孔410形成的空气柱与共振腔120二者组成的共振系统对排气的降噪更加均匀。
45.具体的，在本实施例中，壳体100呈圆柱状，进气扩张腔110、共振腔120以及排气扩张腔130均为圆柱腔，进气颈口140的内径小于进气扩张腔110的内径，进气颈口140为圆柱
状颈口140，进气颈口140的内径可以为进气扩张腔110的内径的1/4、1/8等长度，使得进气颈口140的横截面积与进气扩张腔110的横截面积存在明显的大小差异，保证排气中的声波因传播载体的横截面积的突变而反射回声源，提高本消音器对排气的降噪效果。
46.同理，在本实施例中，联通管400的内径小于进气扩张腔110、共振腔120以及排气扩张腔130的内径，且壳体100的轴心与联通管400的轴心处于同一直线上，保证排气依次顺畅的流入进气扩张腔110、共振腔120以及排气扩张腔130中。
47.在本发明的一些实施例中，再参见图2、图3和图4，为了能够有效回收排气中的热量，提高能源的利用率，共振腔120内设有换热盘管500，换热盘管500内流通有用于吸收排气热量的冷媒。
48.需要了解的是，因船舶在航行时，柴油发动机的排气温度较高，通常带走的能量损失占燃料总热量的30％～40％，是柴油发动机能量损失最大的部分。因此，在本发明中，通过在消音器内巧妙设计用来与排气热量进行热交换的换热盘管500，有效做到对排气中热量的热回收处理。
49.具体的，在本实施例中，为了提高排气与换热盘管500之间换热的均匀性，同时增大排气与换热盘管500的换热面积，提高排气与换热盘管500之间换热效率，换热盘管500为螺旋盘管，联通管400的外周罩设有固定套筒600，固定套筒600的外壁沿周向开设有多个第二长条孔610，换热盘管500盘设在固定套筒600的外周壁上，第一长条孔410与第二长条孔610平行且长度相等。
50.此外，为了方便操作人员回收换热盘管500中已得到升温的冷媒，换热盘管500的冷媒进口510和冷媒出口520均位于壳体100的外壁上。
51.需要理解的是，换热盘管500的冷媒优选为冷却水，当然也可以其他冷却介质，换热盘管500材质优先为铜管，换热效果好。当排气从联通管400周壁上的多个第一长条孔410流出并向共振腔120扩散时，排气得到上述的第二次消音降噪处理后流向固定套筒600的第二长条孔610内，和第二次消音处理的原理一样，第二长条孔610形成的空气柱与第二长条孔610外侧的共振腔120形成共振系统，排气从第二长条孔610向外流入固定套筒600外侧的共振腔120中时再次得到降噪。显然，固定套筒600的巧妙设计不仅对排气起到了辅助降噪的作用，还方便了换热盘管500的布置与安装。
52.同时，当排气从第二长条孔610流出并向固定套筒600外侧的共振腔120扩散时，排气优先接触盘设在固定套筒600外周壁上的换热盘管500，换热盘管500内的冷却水与共振腔120中的排气进行热交换，低温冷却水吸收排气中的热量后变成高温热水，高温热水即可从换热盘管500的冷媒出口520排出并得到集中回收，在船舶上，高温热水即可用作生活或工业热水供船上人员或船上设备利用，通过换热盘管500的设置高效的回收排气中的热量，有效提高能源的利用率。
53.另外，需要理解的是，声速c、声波的波长λ以及声波的振动频率f有如下关系：c＝λ﹒f，且声速c与传播声音的介质和温度有关，为如下关系：c＝331.4+0.607t，其中t为温度，单位为摄氏度。
54.排气与换热盘管500内的冷却水进行热交换后得到降温，因排气的温度降低，共振腔120内的温度同步降低，所以声速c减小，由于传播声音的介质和声波的频率不变，所以声波的波长会减小，共振腔120内声波的波长减小后会增强共振腔120内声波的干涉，进一步
提高了排气在共振腔120内的消音量，进一步提升本消音器对排气的消音降噪效果。
55.显然，固定套筒600和换热盘管500的配合安装不仅使得排气中的热量得到了回收利用，提高了能源的利用率，同时，固定套筒600和换热盘管500的设置还加强了本消音器对排气噪音的消音降噪效果，整个消音器将消音设备和热回收设备集成一体化设置，同时具备热回收和消音功能，换热盘管500吸收排气热量后，还辅助了共振腔120对排气的降噪，且同步降低了整个消音器的温度，保护了整个消音器的结构和功能的稳定，提高了本消音器的使用寿命，结构紧凑且巧妙，实用性高。
56.另外，本发明还公开了一种柴油发动机排气系统，包括根上述的一种消音器。由于本柴油发动机排气系统具备上述的一种消音器，因此也具有该消音器同样的技术效果。
57.当然，本柴油发动机排气系统还可配置在除船舶以为的交通设备上，其不仅限于船舶。
58.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。