一種柴油發電機組用複合型消聲器的製作方法

2023-06-22 21:57:26 1

本發明涉及應用於內燃機消音降噪領域的消聲器，具體說是一種柴油發電機組用複合型消聲器，可應用在高性能靜音柴油發電機組消音系統中。

背景技術：

排煙消聲器按其原理可分為阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗複合型消聲器等。抗性消聲器利用管道上突變的截面或旁接共振腔，使沿管道傳播的某些頻率聲波，在突變的截面處發生反射、幹涉等現象，從而達到消聲的目的。抗性消聲器具有良好的中、低頻消聲特性。阻性消聲器可視為吸收能量型消聲器，其利用聲波在多孔吸聲材料中通過，因摩擦和粘滯阻力，引發多空材料的振動，將聲波能量轉化為動能、熱能等其他形式能量耗散掉，從而達到降低聲波能量，實現消聲的目的。阻性消聲器具有良好的中、高頻消聲效果。

阻抗複合式消聲器是把阻性消聲器和抗性消聲器優勢組合使用，使其在更寬的頻率帶範圍內取得較好的消聲效果。

隨著柴油發電機組製造技術的發展，用戶對機組的噪聲指標要求日益嚴苛，對高性能靜音柴油發電機組要求體積小、重量輕、低噪聲，且性能可靠，傳統消聲器體積大，結構簡單，降噪頻帶窄，降噪量有限，且不兼顧防腐、隔熱、降低排放煙度等功能，與高性能柴油發電機組不匹配。

二級消聲器雖然消聲量優於一級消聲器，但其體積、長度決定所需安裝空間大於一級消聲器，對空間尺寸、安裝方式有特殊要求的發電機組不適用。因此需研製消聲頻帶寬、體積小、重量輕、低傳遞損失的高效一級排煙消聲器，兼顧防腐、降低紅外特性及排放煙度的消聲器，對提升高性能柴油發電機組的整體聲學性能具有重要意義。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術中存在的問題，提出了一種柴油發電機組用複合型消聲器，解決了現有技術中一級消聲器消聲頻帶窄、體積偏大、不隔熱等問題，具有耐腐蝕、消聲頻帶寬、傳遞損失小、降低排放煙度及重量輕等特點。

本發明的技術解決方案為：

一種柴油發電機組用複合型消聲器，包括進氣管、與進氣管串聯的阻性消聲結構、設置在阻性消聲結構內部的抗性消聲結構、以及與阻性消聲結構串聯的出氣管，所述阻性消聲結構由消聲器外殼、吸聲材料和共振穿孔板以由外向內的順序組成；所述抗性消聲結構包括一級抗性消聲結構和二級抗性消聲結構；所述一級抗性消聲結構由一級抗性擋板和一級內插管組成，一級內插管垂直穿過一級抗性擋板焊接固定，共振穿孔板垂直於一級抗性擋板焊接固定；所述二級抗性消聲結構由二級抗性擋板和二級內插管組成，二級內插管垂直穿過二級抗性擋板焊接固定，共振穿孔板垂直於二級抗性擋板焊接固定；所述一級內插管為2個，對稱分布在一級抗性擋板的邊緣；所述二級內插管為4個，平均分布在二級抗性擋板的邊緣；所述一級內插管的單體橫截面積大於二級內插管的單體橫截面積，一級內插管的總體橫截面積小於二級內插管的總體橫截面積；所述共振穿孔板與一級抗性擋板和二級抗性擋板共同形成三個擴張腔室，由進氣管至出氣管的方向順序排列為：擴張腔室Ⅰ、擴張腔室Ⅱ和擴張腔室Ⅲ。

本發明與現有技術相比的有益效果：

1，阻性消聲與抗性消聲兩種結構的串聯使用，使得消聲器整體獲得了更加寬廣的消音頻率帶範圍；

2，利用不同的膨脹比，提高排氣氣流通過頻率，使消聲器具有較高的消聲峰值，增大消聲量；

3，消聲器具有寬廣的消音頻率帶，體積小、結構簡單、傳遞損失低，整體重量輕的特點；

4，同時利用鈦合金內插管和不鏽鋼板製成的抗性擋板實現了提高防腐功能的效果；

5，聲尖劈採用圓錐體結構，使得氣流相對於聲尖劈流阻低，可對中、高頻噪聲進行有效吸聲；

6，聲尖劈內填充不鏽鋼絲，可降低排放煙度，增強消聲器環保性。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明第一消聲腔結構示意圖；

圖3為本發明第二消聲腔結構示意圖；

圖4為本發明第三消聲腔結構示意圖；

圖5為本發明進氣接口結構示意圖；

圖6為本發明排氣接口結構示意圖。

其中，1、進氣管，12、進氣法蘭，2、阻性消聲結構，21、消聲器外殼，22、吸聲材料，23、共振穿孔板，3、抗性消聲結構，31、一級抗性消聲結構，311、一級抗性擋板，312、一級內插管，32、二級抗性消聲結構，321、二級抗性擋板，322、二級內插管，4、出氣管，42、出氣法蘭，10、聲尖劈，91、擴張腔室Ⅰ，92、擴張腔室Ⅱ，93、擴張腔室Ⅲ。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步描述。

其中，為了便於本領域技術人員理解，採用內部、外部、頭部、尾部等詞彙並結合附圖加以說明，說明書附圖1中，所有的元件位於圖的左側部分為頭部，所有的元件位於圖的右側部分為尾部，穿孔管相對於消聲器外殼、吸聲材料、共振穿孔板的位置是內部，消聲器外殼之外是外部。

實施例1：

一種柴油發電機組用複合型消聲器，包括進氣管、與進氣管串聯的阻性消聲結構、設置在阻性消聲結構內部的抗性消聲結構、以及與阻性消聲結構串聯的出氣管，所述阻性消聲結構由消聲器外殼、吸聲材料和共振穿孔板以由外向內的順序組成。

阻性消聲結構中，共振穿孔板不僅起到支撐作用，同時也是共振消聲結構，增強消聲器聲學性能；通過吸聲材料吸收能量，中、高頻的噪音通過吸聲材料進行吸收消音。共振穿孔板上具有穿孔，噪音通過穿孔達到吸聲材料處，是穿孔率（面積比）為42%的共振穿孔板。吸聲材料（22）是長絲質玻璃纖維，為了保證消音效果，填充體積比優選為30%~36%的長絲質玻璃纖維。填充材料增強吸聲效果的同時具備隔熱功能，可防止燙傷，提高機組紅外特性。

外殼與消聲器兩端的端蓋焊接；進氣管穿過頭部端蓋，與端蓋焊接；出氣管穿過尾部端蓋，與端蓋焊接。

所述抗性消聲結構包括一級抗性消聲結構和二級抗性消聲結構；所述一級抗性消聲結構由一級抗性擋板和一級內插管組成，一級內插管垂直穿過一級抗性擋板焊接固定，共振穿孔板垂直於一級抗性擋板焊接固定；所述二級抗性消聲結構由二級抗性擋板和二級內插管組成，二級內插管垂直穿過二級抗性擋板焊接固定，共振穿孔板垂直於二級抗性擋板焊接固定；一級、二級內插管為鈦合金材料製成的內插管。

所述一級內插管為2個，對稱分布在一級抗性擋板的邊緣；

所述二級內插管為4個，平均分布在二級抗性擋板的邊緣；

所述一級內插管的單體橫截面積大於二級內插管的單體橫截面積，一級內插管的總體橫截面積小於二級內插管的總體橫截面積；

所述共振穿孔板與一級抗性擋板和二級抗性擋板共同形成三個擴張腔室，由進氣管至出氣管的方向順序排列為：擴張腔室Ⅰ、擴張腔室Ⅱ和擴張腔室Ⅲ。

為了提高防腐性，一級抗性擋板和二級抗性擋板是由4mm厚不鏽鋼板製成的金屬板，面密度大，強度好，在振動和氣流衝擊下不易產生輻射噪聲，可對中、低頻噪聲進行有效阻隔。

擴張腔室Ⅰ、擴張腔室Ⅱ和擴張腔室Ⅲ的膨脹比不同；其中，擴張腔室Ⅰ的膨脹比大於擴張腔室Ⅱ的膨脹比，擴張腔室Ⅱ的膨脹比大於擴張腔室Ⅲ的膨脹比；其中一腔通過頻率為另一腔最大消聲頻率，可擴大消聲頻率範圍，原因如下：

由於消聲器內高溫高速氣流通過，擴張比的增加可以提高消聲器傳遞損失的峰值，與此同時，由於高頻失效的存在會縮短有效消聲頻段，不同結構的擴張腔會存在一個臨界擴張比，在臨界擴張比處會出現一個壓力損失的峰值。因此，三個膨脹腔室通過前述的不同膨脹比的設計，能夠避開臨界擴張比，三消聲腔腔長各不相同，能夠使得消聲器具有良好的聲學性能和空氣動力學性能。不同膨脹比可提高排氣氣流通過頻率，使消聲器具有較高的消聲峰值，增大消聲量。

抗性消聲結構中，利用一級內插管、一級抗性擋板的組合和二級內插管、二級抗性擋板的組合，實現了排氣管道（本實施例中的共振穿孔板圍成的通道）的截面突變，並且擴張腔室Ⅰ與進氣管形成共振消聲腔，高溫高速氣流經進氣管進入共振消聲腔，使噪音在突變的截面處發生反射、幹涉等現象，達到消聲的目的，實現中、低頻的噪音通過吸聲材料進行吸收消音。同時，共振穿孔板、吸聲材料依然能夠保持對中、高頻噪聲的消音特性。

本實施例採用的上述技術方案，實現阻性消聲與抗性消聲兩種結構的串聯使用，使得消聲器整體獲得了更加寬廣的消音頻率帶範圍；同時，利用不同的膨脹比，提高排氣氣流通過頻率，使消聲器具有較高的消聲峰值，增大消聲量。現對於現有技術中的多止擋結構、多內插管結構，以及過多的直角或彎角結構，本實施例提供的技術方案具有在滿足寬廣的消音頻率帶的基礎上，體積小（只有兩組內插管設置在消聲器內）、結構簡單（直線串聯，少直角或彎角結構）、傳遞損失低（利用兩種不同的膨脹比），整體重量輕的特點。同時利用金屬管（鈦合金內插管）和金屬板（不鏽鋼板製成的抗性擋板）實現了提高防腐功能的效果。

實施例2：

在實施例1的基礎上，本實施例提出了一種優選的結構。

所述一級內插管位於擴張腔室Ⅰ內的長度為擴張腔室Ⅰ的四分之一，所述一級內插管位於擴張腔室Ⅱ內的長度為擴張腔室Ⅱ的二分之一；

所述二級內插管位於擴張腔室Ⅱ內的長度為擴張腔室Ⅱ的四分之一，所述二級內插管位於擴張腔室Ⅲ內的長度為擴張腔室Ⅲ的二分之一。

相對於實施例1中的技術方案，本實施例提供的技術方案屬於實施例1中的一種優選方案，使得擴張腔室Ⅰ、擴張腔室Ⅱ和擴張腔室Ⅲ之間的膨脹比設計的更加合理，傳遞損失效果更低，吸音效果更好。

實施例3：

在前述所有實施例的基礎上，為了進一步提高吸音效果，本實施例提供了一種改進的技術方案。

所述出氣管位於擴張腔室Ⅲ內部的管路頭部增設一個聲尖劈。聲尖劈與排氣管焊接，聲尖劈採用圓錐體結構，這種結構使得氣流相對於聲尖劈流阻低，可對中、高頻噪聲進行有效吸聲；聲尖劈的圓錐面上設置有多個用於排氣的通孔，通孔的開孔率根據柴油機排氣特性設計；所述聲尖劈內填充不鏽鋼絲，可降低排放煙度，增強消聲器環保性。

前述所有實施例中，所述進氣管位於擴張腔室Ⅰ內部的管路設計為進氣穿孔管。進氣穿孔管具有增大出口面積，提高高溫氣體流速的效果。同時，為了便於使用中按照，進氣管的頭部具有進氣法蘭，所述出氣管的尾部具有出氣法蘭；進氣法蘭與出氣法蘭分別焊接在進氣管頭部和出氣管尾部。

本發明工作原理：

高溫廢氣由進氣管進入擴張腔室Ⅰ（或者如前文所述稱為共振消聲腔），經過第一次擴張消聲，在擴張腔室Ⅰ內經吸聲材料實現聲波能量消耗，中、高頻的噪音通過吸聲材料進行吸收消音；高溫廢氣再經兩組內插管流入擴張腔室Ⅱ及擴張腔室Ⅲ，由於截面突變，使噪音在突變的截面處發生反射、幹涉等現象，達到消聲的目的，實現中、低頻的噪音通過吸聲材料進行吸收消音；接著經過聲尖劈，聲尖劈採用圓錐體結構，可對中、高頻噪聲進行有效吸聲，最後高溫廢氣由排氣管流出，完成消聲器消聲降噪功能。

以上結合附圖實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的範圍作為本發明的保護範圍。