用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的製作方法

2023-06-07 05:37:06 3

專利名稱：用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，適用於各類熱動力裝置的高溫尾氣及冷卻液混合後的氣液排廢噪聲消除。
背景技術：
在各類熱動力裝置的應用場合，噪聲問題因其特殊的重要性而受到廣泛重視。噪聲源之一來自熱動力裝置的尾氣排放。熱動力裝置產生的大量廢氣，與冷卻水混合後，經旋轉排氣管排入外界環境，這一過程產生強噪聲。
目前，針對各類熱動力排氣噪聲，美國、俄羅斯等國均展開深入研究，但很少有詳細的公開報導。目前，國內很少有針對安裝在熱動力裝置後的旋轉管路內氣液混合流動噪聲的專門噪音控制結構。主要技術難題有
1、旋轉排氣管內空間有限。目前常規消聲器主要有抗式消聲和阻式消聲，或阻抗結合，但都是依靠充足的容積變換來實現噪聲控制，而尾氣排氣管的有限空間對消聲器結構的要求很高；
2、氣液混合流問題。目前大多說消聲器主要用於氣相消聲，而對液相消聲器和氣液混合消聲器極為少見。熱動力排廢管內的氣液混合要求設計消聲器能適用於氣液混合排廢消聲。
3排氣管路的低流阻要求。過大的管路流阻影響上遊熱動力裝置的正常工作，消聲結構的設計不僅要考慮降噪效果，還要考慮流阻的損失。
綜上，對熱動力排氣噪聲消聲器的設計，要綜合考慮降噪效果，流阻損失及氣液混合流的分離等問題。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種降噪效果好的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置。
為了解決上述技術問題，本發明提供一種用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置， 包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管內的導向葉片組件、控渦結構、隔板I、隔板II 和隔板III ；
導向葉片組件、隔板I、隔板II和隔板III均與尾氣排氣管固定相連，控渦結構與導向葉片組件的尾部固定相連；導向葉片組件和隔板I之間的尾氣排氣管內腔形成共振腔室I，隔板I和隔板II之間的尾氣排氣管內腔形成共振腔室II，隔板II和隔板III之間的尾氣排氣管內腔形成共振腔室III ；
隔板I、隔板II和隔板III的中心均設有中心通孔，隔板I、隔板II和隔板III的邊緣處均設有至少3個的均勻排列的邊緣通孔。
作為本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的改進導向葉片組件包括葉片軸和2 4片的葉片，每片葉片的外出口角β 1為30° 60°，每片葉片的內出口角β2為 35° 55° ο
作為本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的進一步改進葉片的包角範圍為90° 180°。
作為本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的進一步改進控渦結構的外表面與導向葉片組件的葉片軸的外表面呈光滑連接。
作為本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的進一步改進隔板I、隔板 II和隔板III的邊緣通孔的數量依次增多。
作為本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的進一步改進導向葉片組件的軸心線與尾氣排氣管的軸心線相重合。
本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，利用熱動力排氣管旋轉特性，首先設計導向葉片結構進行氣液相分離；另，設計消聲結構控制排廢噪聲；控渦結構等的設計還能有效控制排氣管路的阻力損失。
由於氣液流體對排氣管內噪聲影響較大，液滴在管內衝撞可能產生新的噪聲，而且氣液混流影響後續消聲器的性能。而單純依賴排氣管管壁旋轉帶動管內氣體旋轉而產生的離心力不能將排氣管內的氣液分離。綜上要求，設計導向葉片組件，依靠導向葉片組件在隨排氣管旋轉時產生切向速度，分離氣液兩相。為減小導向葉片組件的流阻，同時也要滿足其為氣液相提供足夠的離心力，因此設計成導向葉片組件的軸心線與尾氣排氣管的軸心線相重合。
氣流經過導向葉片組件後在其後尾產生渦流，渦流的存在會產生新的流動阻力， 而且會產生新的流動噪聲。控渦結構的圓滑過渡的曲面設計(即控渦結構的外表面與導向葉片組件的葉片軸的外表面呈光滑連接)能引導氣流流動，避免渦流的產生。
共振腔室I、共振腔室II、共振腔室III通過隔板I、隔板II和隔板III上分別設置的中心通孔相連通，形成腔室消聲器，用於降噪。在隔板I、隔板II和隔板III的邊緣處 (即指與尾氣排氣管的接觸邊緣處)設置的邊緣通孔，使氣液混合相中的液相在導向葉片組件及旋轉的尾氣排氣管的作用下被甩向尾氣排氣管的管壁，液體在「趨壁」效應和氣流的軸向速度作用下沿管壁向下遊移動，即，上述邊緣通孔作為液相的流道而存在。
綜上所述，本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，採用了導向葉片設計來實現氣液相的分離。在本發明中還設計控渦結構，從而防止葉片出口中心處的渦流，控制排氣管路流阻在一定範圍內。在本發明中，隔板及其中心孔的設計，形成腔室結構消聲器， 有助於降低排氣噪聲。在本發明中，隔板邊緣通孔的設計為被分離的液體提供流道，防止確保氣液兩相二次混合。因此，本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置具有如下優點。
1目前基本沒有專門用於氣液介質的消聲器，本發明填補了這方面的空缺；
2本發明專利充分利用熱動力裝置的旋轉動力，實現氣液兩相的分離；
3本發明空間結構緊湊，源於分離後的氣體降噪所需空間遠低於氣液降噪所需空間；
4本發明降噪頻段針對性強。針對不同的熱動力噪聲特性，可適當調整隔板I、隔板II和隔板III，針對特定頻段的噪聲進行降噪。


下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細說明。
圖0是本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置的總剖視結構圖1是圖0中的導向葉片組件100的三維立體圖 1 中，
左圖是導向葉片組件100的三維立體中圖和右圖是對導向葉片組件100結構參數的說明；
圖2是圖1中的導向葉片組件100與控渦結構200在氣排氣管12內的連接關係示意圖 2 中，
左圖是導向葉片組件100與控渦結構200的連接關係的主視示意中圖是左圖的右視示意右圖是左圖中的導向葉片組件100被剖切後的示意圖3是圖1中導向葉片組件100與控渦結構200的三維立體圖 3 中，
左圖是葉片21為4片時的示意中圖是葉片21為3片時的示意右圖是葉片21為2片時的示意圖4是圖0中A-A剖的剖視示意圖5是圖0中B-B剖的剖視示意圖6是圖0中C-C剖的剖視示意圖7是圖0的實際使用狀態示意圖8是圖7中的閥座600的結構示意圖9是圖0在實驗1中的標註具體尺寸的示意圖10圖9中的導向葉片組件100的標註具體尺寸的示意圖11是比較實驗1所述直板導葉的結構圖12是本發明的距葉片出口 120mm處切向速度沿徑向分布規律圖13是不同粒徑的液體在管內徑向位置分布規律圖14是本發明的加隔板結構的傳遞損失結果結果圖15是對比例1的距直板導葉出口 120mm處切向速度分布規律圖16是不加隔板結構的傳遞損失圖。
具體實施方式
實施例1、圖0 圖6結合給出了一種用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管12內的導向葉片組件100、控渦結構200、隔板 1300、隔板 11400 和隔板 III500 ；
導向葉片組件100由1個葉片軸10和在葉片軸10上均勻設置的2 4片的葉片 21組成，葉片21的包角(即一個葉片水平投影的扇形所夾圓心角)範圍為90° 180°。 葉片21的外出口角β 1 (即葉片21的軸柱面展開平面中，葉片21與葉片軸10所交的交線與水平線之間的夾角，如圖1所示)為30° -60°，葉片21的內出口角β2(即排氣管12 的柱面展開平面中，葉片21與排氣管12所交的交線與水平線之間的夾角，如圖1所示)為 35° -55°。每片葉片21的外緣均與尾氣排氣管12的管壁連接為一體，從而實現導向葉片組件100依靠尾氣排氣管12支撐。葉片軸10的軸心線與尾氣排氣管12的軸心線相重合。
控渦結構200尾隨在導向葉片組件100的後面，控渦結構200與葉片軸10的後端以焊接的方式固定相連(從而實現了與導向葉片組件100底部中心固定相連)，該控渦結構 200的外表面流線型設計(即與葉片軸10的外表面呈光滑連接)，從而誘導氣流流動，防止渦流及流噪聲產生；即，實現了利用流體的「趨壁」效應引流並避免渦流。
隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500為大小和厚度均相同的圓形隔板，其直徑等於尾氣排氣管12的內徑。隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500均與尾氣排氣管12的內壁固定相連。
隔板1300具體如圖4所示在隔板1300的中心設有中心通孔沈，在隔板1300邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)設有3個均勻排列的邊緣通孔51 (呈半圓形)。
隔板ΙΙ400具體如圖5所示在隔板ΙΙ400的中心設有中心通孔32，在隔板ΙΙ400 邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)有4個的均勻排列的邊緣通孔61 (呈半圓形)。
隔板ΙΙΙ500具體如圖6所示在隔板ΙΙΙ500的中心設有中心通孔39，在隔板 ΙΙΙ500邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)設有6個的均勻排列的邊緣通孔 81(呈半圓形)。
上述中心通孔沈的中心、中心通孔32的中心、中心通孔39的中心均與尾氣排氣管12的軸心線相重合，上述通孔的作用是為氣流提供通道。
導向葉片組件100(包括尾隨的控渦結構200)、隔板1300、隔板II400和隔板 III500相互之間均間隔一定的距離。位於導向葉片組件100(包括尾隨的控渦結構200)和隔板1300之間的尾氣排氣管12內腔形成共振腔室120，位於隔板1300和隔板II400之間的尾氣排氣管12內腔形成共振腔室1130，位於隔板II400和隔板III500之間的尾氣排氣管12內腔形成共振腔室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依次相連通，從而形成連貫的腔室，氣流經中心通孔(沈，32， 39)進入相應的腔室後體積膨脹擴大，起到消聲的作用。
本發明的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置實際使用時，如圖7和圖8所示被安裝在熱動力裝置下遊，並在尾氣排氣管12的排氣口安裝排氣閥700。在尾氣排氣管12內 (靠近尾氣排氣管12的排氣口處)設置閥座600，軸92的右端穿過閥座600的中心通孔後與排氣閥700固定相連，軸92的左端設有定位凸臺95，在軸92上套裝有彈簧94，彈簧94 的兩端分別抵著定位凸臺95和閥座600。注圖7中的90代表氣流出口。
尾氣排氣管12在熱動力裝置下繞中心線(即，軸心線)旋轉，同時帶動導向葉片組件100、控渦結構200、隔板1300、隔板11400、隔板111500、閥座600和排氣閥700 —起作旋轉運動。
在有氣流11進入尾氣排氣管12內時，氣流克服彈簧94的阻力，使排氣閥700呈打開狀態；同理，在無氣流進入尾氣排氣管12內時，排氣閥700呈關閉狀態。
實驗1、實施例1所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，具體尺寸如圖9和圖10所示。尾氣排氣管12的內徑為80mm，導向葉片組件100與隔板1300之間的間距為 220mm,隔板1300與隔板II400之間的間距為100mm，隔板II400與隔板III500之間的間距為100mm，隔板III500距離尾氣排氣管12的排氣口 IOOmm衝心通孔26、中心通孔32和中心通孔39的直徑均為16mm，邊緣通孔51、邊緣通孔61和邊緣通孔81的半徑均為8mm 』導向葉片組件100上的葉片21為圓弧葉片，包角為90°，葉片21總長為30mm(即對應圖1中的h)，葉片21的個數為4。
採用商用Fluent軟體中的DPM(顆粒軌跡)模型評估該結構分離氣液兩相的能力，流體入口軸向速度為100m/S，液體入口濃度為0. 5kg/So
圖12是距葉片21出口 120mm處切向速度沿徑向的分布規律，最大切向速度可達到lOOm/s，切向速度越大，顆粒越容易被分離。圖13是距葉片21出口 120mm處顆粒在徑向位置的分布規律。由圖13可知，粒徑為0.001mm和0.005mm的水滴在中心區(-0. 0; 0. 03m)內分布還比較廣，而粒徑大於0. 005mm的水滴大多集中在邊壁區，可見該結構能有效的將液體顆粒分離到排氣管的邊壁面。
同時採用商用Sysnoise軟體評估該結構的消聲降噪性能。傳遞損失是用來評估消聲降噪效果的重要參數。Sysnoise計算該結構的傳遞損失如圖14所示。傳遞損失越大， 降噪效果越明顯，圖14結果說明該結構的焦躁效果非常的明顯，在4000-5000HZ處的傳遞損失為65分貝。
對比實驗1 更改實施例1中的葉片結構(如圖11所示)，將葉片21的結構改為直板導葉，即，葉片曲面為平面，葉片21的長度仍為30mm，葉片21的數量仍為4，其餘同實施例1 ；然後如同實驗1進行檢測，距導葉出口 120mm處的切向速度如圖15所示，與圖12相比較，最大切向速度減小近90%。切向速度越大，越有利於液滴被分離到壁面。
對比實驗2 尾氣排氣管12是直通圓管，故將實施例1中的所有隔板(即隔板 1300、隔板II400和隔板III500)均去掉，其餘同實施例1 ；然後如同實驗1進行檢測，計算其傳遞損失；如圖16所示，直通管的傳遞損失幾乎為零，即直通管對上遊的噪聲幾乎不會起到降噪的作用。
最後，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的若干個具體實施例。顯然，本發明不限於以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。權利要求
1.用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管(12)內的導向葉片組件(100)、控渦結構(200)、隔板I (300)、隔板IK400)和隔板 111(500)；所述導向葉片組件(100)、隔板I (300)、隔板11(400)和隔板111(500)均與尾氣排氣管(12)固定相連，所述控渦結構(200)與導向葉片組件(100)的尾部固定相連；所述導向葉片組件(100)和隔板1(300)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室I (20)，所述隔板1(300)和隔板11(400)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室II (30)，所述隔板 11(400)和隔板III (500)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室III (40)；所述隔板I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的中心均設有中心通孔，所述隔板 I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的邊緣處均設有至少3個的均勻排列的邊緣通孔。
2.根據權利要求1所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是所述導向葉片組件(100)包括葉片軸(10)和2 4片的葉片(21)，每片葉片的外出口角β 為30° 60°，每片葉片的內出口角β2為;35° 55°。
3.根據權利要求2所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是葉片的包角範圍為90° 180°。
4.根據權利要求2或3所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是所述控渦結構(200)的外表面與導向葉片組件(100)的葉片軸(10)的外表面呈光滑連接。
5.根據權利要求4所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是所述隔板 1(300)、隔板11000)和隔板III (500)的邊緣通孔的數量依次增多。
6.根據權利要求5所述的用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，其特徵是所述導向葉片組件(100)的軸心線與尾氣排氣管(12)的軸心線相重合。
全文摘要
本發明公開了一種用於旋轉氣液混合流動噪聲控制裝置，包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管(12)內的導向葉片組件(100)、控渦結構(200)、隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)；導向葉片組件(100)和隔板I(300)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室I(20)，隔板I(300)和隔板II(400)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室II(30)，隔板II(400)和隔板III(500)之間的尾氣排氣管(12)內腔形成共振腔室III(40)；隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)均設有中心通孔和邊緣通孔。該裝置具有降噪效果好的特點。
文檔編號F01N13/08GK102518498SQ201110439979
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月25日 優先權日2011年12月25日
發明者吳大轉, 戴維平, 杜韜, 王樂勤, 許偉偉, 陳一偉 申請人:浙江大學