一种宽频带多腔共振型进气消声器及其工作方法
【专利摘要】本发明公开了一种宽频带多腔共振型进气消声器，包括中心贯通的呈圆柱形的消声器壳体，所述消声器壳体内贯穿连接有穿孔管，所述消声器壳体和穿孔管之间形成内腔体；所述内腔体内沿轴线垂直方向设置有若干隔板，将所述内腔体分隔成若干个共振腔；所述穿孔管上设有数列沿周向排布的若干消声通孔，所述消声通孔对应位于所述共振腔中部。本发明消声频带宽、消声量大；进气背压小、发动机功率损失小；体积小、重量轻、结构简单；安装方便、易于加工并实现工程化，具有广泛的应用前景。
【专利说明】
-种宽频带多腔共振型进气消声器及其工作方法
技术领域
[0001] 本发明属于车辆零部件技术领域，特别是设及柴油发动机的进气系统，具体设及 一种拖拉机发动机的宽频带多腔共振型进气消声器及其工作方法。
【背景技术】
[0002] 随着农用机械噪声排放标准的日趋严格，噪声排放成为农用机械生产过程中越来 越受重视的问题。农用机械发动机一般为柴油机，与汽油机相比，有着更严重的噪声排放问 题。由于拖拉机进气系统中很少安装消声装置，使得进气噪声成为最主要的噪声源之一。因 此，为降低进气噪声，安装进气消声器显得十分必要。
[0003] 经检索，绝大部分进气消声器为单共振腔的方形结构，有着消声频带窄、体积大、 不易安装等缺点。
【发明内容】
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明针对现有绝大部分拖拉机进 气系统无消声装置W及现有的进气消声器消声频带窄、体积大、不易安装等缺点，基于多共 振腔共振消声的原理，提出一种宽频带多腔共振型进气消声器及其工作方法。
[0005] 技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0006] -种宽频带多腔共振型进气消声器，包括中屯、贯通的呈圆柱形的消声器壳体，所 述消声器壳体内贯穿连接有穿孔管，所述消声器壳体和穿孔管之间形成内腔体;所述内腔 体内沿轴线垂直方向设置有若干隔板，将所述内腔体分隔成若干个共振腔;所述穿孔管上 设有数列沿周向排布的若干消声通孔，所述消声通孔对应位于所述共振腔中。
[0007] 进一步地，所述消声通孔对应位于各个所述共振腔中部位置。若消声通孔不对中， 会影响消声效果。
[000引进一步地，所述穿孔管的长度大于所述消声器壳体的长度，所述穿孔管的右侧为 进气口，左侧为出气口，与发动机进气管通过法兰连接。
[0009 ] 进一步地，所述消声通孔的孔径为2~10mm。
[0010] 进一步地，不同共振腔中的所述消声通孔的孔径和个数均不相同；需要消除的噪 声的峰值频率越高，孔径越大个数越多。具体各腔的的孔径和个数根据噪声的主要峰值频 率确定，频率越大，那么孔径或孔的个数也要相应地增加。
[0011] 进一步地，所述隔板由第一腔隔板和第二腔隔板组成，所述消声器壳体、第一腔隔 板及穿孔管构成进气消声器第一共振腔;所述消声器壳体、第一腔隔板、第二腔隔板及穿孔 管构成进气消声器第二共振腔;所述消声器壳体、第二腔隔板及穿孔管构成进气消声器第 =共振腔。
[0012] 进一步地，所述共振腔的个数和各共振腔的体积由需要消声的频率带宽和消声量 决定，需要消声的频带越宽，共振腔的个数越多；需要的消声量越大，各共振腔的体积越大。
[0013] -种宽频带多腔共振型进气消声器的工作方法，包括W下步骤：
[0014] 1)声波从穿孔管的出气口进入，进行传递；
[0015] 2)当声波传递到消声通孔位置时，一部分声波反射回去，一部分声波进入消声通 孔和共振腔中；
[0016] 3)当声波频率与共振腔的共振频率接近时，空气媒质在消声通孔壁面上振动摩 擦，在粘滞阻尼和导热的作用下，不断消耗声波能量，达到消声目的。
[0017] 进一步地，所述共振腔的共振频率时表示为：
[001 引 U
[0019] l，v为共振腔体积，G为传导率，表达式如下：
[0020] 巧
[0021] 其中：So为单个消声通孔截面积，1〇为穿孔管壁厚，d为消声通孔直径，n为消声通孔 个数。
[0022] 进一步地，单个共振腔对频率为f的纯音消声量为：
[0023]
巧
[0024] 其中：S为穿孔管(5)的内壁截面积。
[0025] 有益效果:本发明提供的一种宽频带多腔共振型进气消声器，与现有进气消声器 相比，本发明具有的有益效果是：
[0026] (1)消声频带宽、消声量大；
[0027] (2)进气背压小、发动机功率损失小；
[0028] (3)体积小、重量轻、结构简单；
[0029] (4)安装方便、易于加工并实现工程化，具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的剖视结构示意图；
[0031 ]图2为本发明的侧面结构示意图；
[0032]图3为本发明一实施例的消声量随频率变化曲线。
[003；3]图中：1-法兰；2-消声器壳体;3-第一腔隔板;4-第二腔隔板;5-穿孔管;6-第一腔 消声通孔;7-第二腔消声通孔;8-第=腔消声通孔。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[00对实施例
[0036]如图1和图2所示，本发明一实施例包括连接法兰1，法兰1与穿孔管5焊接，穿孔管5 与圆柱形消声器壳体2焊接，消声器壳体2左侧与穿孔管5之间焊接第一腔隔板3;消声器壳 体2右侧与穿孔管5之间焊接第二腔隔板4;穿孔管5左侧部位沿周向排布第一腔消声通孔6; 穿孔管5中间部位沿周向排布第二腔消声通孔7;穿孔管5右侧部位沿周向排布第=腔消声 通孔8。
[0037] 本实施例进气消声器壳体2、第一腔隔板3及穿孔管5构成进气消声器第一共振腔； 消声器壳体2、第一腔隔板3、第二腔隔板4及穿孔管5构成进气消声器第二共振腔;消声器壳 体2、第二腔隔板4及穿孔管5构成进气消声器第=共振腔。
[0038] 进气消声器一侧通过法兰与发动机进气管连接，所述进气消声器另一侧为进气 P。
[0039] 本实施例进气消声器的第一腔消声通孔6位于第一共振腔中部;第二腔消声通孔7 位于第二共振腔中部;第=腔消声通孔8位于第=共振腔中部。
[0040] 各共振腔容积、消声通孔直径、数量可W不同。共振腔的个数可W是多个，具体共 振腔的个数和各共振腔的体积由需要消声的频率带宽和消声量决定的，需要消声的频带越 宽，共振腔的个数越多，需要的消声量越大，各共振腔的体积越大。
[0041] 本实施例的工作原理是：当声波传递到穿孔管的消声通孔位置时，由于声阻抗突 变，一部分声波反射回去，一部分声波进入消声通孔和共振腔中。当声波频率与共振腔的共 振频率接近时，空气煤质在消声通孔壁面上不断振动摩擦，在粘滞阻尼和导热的作用下，不 断消耗声波能量，达到消声目的。
[0042] 确定共振腔的共振频率至关重要。取单个共振腔，设有n个消声通孔，那么共振腔 的共振频率时可W表示为
[0043]
(1)
[0044] 其中：C为声速，V为共振腔体积，G为传导率，表达式如下
[0045]
稱
[0046] 其中：So为单个消声通孔截面积，1〇为穿孔管壁厚，d为消声通孔直径。
[0047] 由式（1)和式(2)可知:共振腔体积越小、消声通孔截面积越大，则共振腔的共振频 率也就越大。
[0048] 单个共振腔对频率为f的纯音消声量(传递损失)为
[0049]
(3)
[0050] 其中：S为穿孔管内壁截面积。
[0051] 由式(3)可知:共振腔体积越大、消声通孔截面积越大，则共振腔的消声量也越大。
[0052] 因此，通过合理选择消声通孔的个数、单孔截面积、共振腔体积W及共振腔的个 数，可W使得消声器在较宽频带内具有足够的消声量，达到消声目的。
[0053] 下面从有限元仿真和试验的角度来展示宽频带多腔共振型进气消声器的消声效 果。
[0054] 通过噪声试验测得某型拖拉机进气噪声的能量主要分布在在450~1000化范围 内。据此设计的本实施例穿孔管内径为60mm，长260mm，壁厚为1mm;消声器壳体内径为 120mm;第一腔有3个消声通孔，孔径为10mm;第二腔有5个消声通孔，孔径为8111111;第立腔有6 个消声通孔，孔径为10mm;各腔长度为50mm，各隔板与消声器壳体壁厚均为1mm。
[0055] 通过噪声分析软件Vbtual. lab仿真计算，得到本实施例传递损失。从图3可W看 出，本实施例在480、540、700化出现共振峰，传递损失明显，在450~1000化的宽频带内具有 足够的消声量，最大达到65地，达到了消声目的。
[0056] 安装本实施例后，在拖拉机定置噪声测试中，距离发动机进气罩10cm处声压级降 了 8地(A)。按照国家测试标准，测得驾驶员耳旁声压级降低了 5地(A)，耳旁噪声由高于国标 变成低于国标4.5地(A)，有效地提高了驾驶员舒适性。
[0057] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:包括中心贯通的呈圆柱形的消声 器壳体(2)，所述消声器壳体(2)内贯穿连接有穿孔管(5)，所述消声器壳体(2)和穿孔管(5) 之间形成内腔体;所述内腔体内沿轴线垂直方向设置有若干隔板，将所述内腔体分隔成若 干个共振腔;所述穿孔管(5)上设有数列沿周向排布的若干消声通孔，所述消声通孔对应位 于所述共振腔中。2. 根据权利要求1所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:所述消声通孔对 应位于各个所述共振腔中部位置。3. 根据权利要求1所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:所述穿孔管（5) 的长度大于所述消声器壳体(2)的长度，所述穿孔管(5)的右侧为进气口，左侧为出气口，与 发动机进气管通过法兰(1)连接。4. 根据权利要求1所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:所述消声通孔的 孔径为2~10mm〇5. 根据权利要求1所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:不同共振腔中的 所述消声通孔的孔径和个数均不相同；需要消除的噪声的峰值频率越高，孔径越大个数越 多。6. 根据权利要求1所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:所述隔板由第一 腔隔板(3)和第二腔隔板(4)组成，所述消声器壳体(2)、第一腔隔板(3)及穿孔管(5)构成进 气消声器第一共振腔;所述消声器壳体(2)、第一腔隔板(3)、第二腔隔板(4)及穿孔管(5)构 成进气消声器第二共振腔;所述消声器壳体(2)、第二腔隔板(4)及穿孔管(5)构成进气消声 器第三共振腔。7. 根据权利要求1和6所述的宽频带多腔共振型进气消声器，其特征在于:所述共振腔 的个数和各共振腔的体积分别由需要消声的频带和消声量决定，需要消声的频带越宽，共 振腔的个数越多；需要的消声量越大，各共振腔的体积越大。8. -种宽频带多腔共振型进气消声器的工作方法，其特征在于:包括以下步骤： 1) 声波从穿孔管(5)的出气口进入，进行传递； 2) 当声波传递到消声通孔位置时，一部分声波反射回去，一部分声波进入消声通孔和 共振腔中； 3) 当声波频率与共振腔的共振频率接近时，空气媒质在消声通孔壁面上振动摩擦，在 粘滞阻尼和导热的作用下，不断消耗声波能量，达到消声目的。9. 根据权利要求7所述的宽频带多腔共振型进气消声器的工作方法，其特征在于:所述 共振腔的共振频率表示为：其中：c为声速，V为共振腔体积，G为传导率，表达式如下：其中：So为单个消声通孔截面积，1〇为穿孔管壁厚，d为消声通孔直径，n为消声通孔个 数。10. 根据权利要求7所述的宽频带多腔共振型进气消声器的工作方法，其特征在于：单 个共振腔对频率为f的纯音消声量为：其中：S为穿孔管(5)的内壁截面积。
【文档编号】F02M35/12GK106050491SQ201610523892
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】李舜酩, 程春, 谭延峥, 冷峻, 张宗振
【申请人】南京航空航天大学