CN101278157B - 对流体输送管道的低噪音体积流率节流 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于低噪音地控制管道内流体的体积流率(Q)的节流板(2)以及这种节流板(2)在飞机的气候控制系统中的应用。另外，本发明涉及一种飞机中的气候控制系统，所述管道系统中安装有至少一个这种节流板(2)。依据本发明的节流板(2)包括沿流动方向纵向延伸的多个摩擦元件(3)，所述多个摩擦元件彼此相距一段距离地设置，使得由于各个摩擦元件(3)的摩擦流体在节流板(2)的延伸范围内被连续地节流。

Description

对流体输送管道的低噪音体积流率节流
相关申请的交叉引用
本申请主张2005年9月29日提交的德国专利申请No.102005046728.8的申请日和2005年9月29日提交的美国临时专利申请No.60/722,024的申请日的权益，以上申请的公开内容在此以引用方式并入本文。
技术领域
本发明总的来说涉及流体力学和声学的技术领域。更具体地说，本发明涉及一种节流板，借助于该节流板，在流体输送管道内的体积流率可以以低噪音的方式减小。此外，本发明涉及这种节流板在飞机的气候控制系统中的应用，以及一种用于飞机的气候控制系统，在该气候控制系统中至少一个流体输送管的支管配备有上述用于控制体积流量的节流板。
背景技术
气候控制系统，特别是用于飞机中的那些气候控制系统，常常包括分支很多的管道系统，这些管道系统具有很多支管以向客舱供应经过空气调节的新鲜空气。为了能够有意地向不同的乘客区域供应不同量的新鲜空气，或者为了确保即使远离气候控制系统的那些乘客区域也仍旧能够被供以足够的新鲜空气，依据乘客区域以及远离气候控制系统的距离，节流板典型地安装在支管内以便能够以目标方式控制各个支管内的流体的体积流率。
当然，也可以将各个支管设计成不同直径以控制特定支管内的体积流率量，但这在技术实施中是的非常困难的事情，该问题借助于上述节流板可轻易地避免。尽管如此，因为大多数航空公司对诸如第一等舱和第二等舱的不同的乘客区的新鲜空气供应有不同的要求，所以对于不同航空公司在所有情况下通常必须单独且重新地确定管线系统的尺寸。这使得更加困难，因为即使在相同的飞机类型中，对于不同航空公司而言，不同的乘客等级区具有不同的尺寸，这又导致管线系统必需单独地确定尺寸。
为了避免在飞机气候控制系统的管线系统中的确定尺寸的困难，通常预先确定尺寸的标准管线系统用于所有飞机类型，然后可在具体的情况下利用上述节流板进行调整以满足特定的需要。这种类型的板通常实施为单孔板或多孔板，通过这种板可在节流板上沿流动方向实现压力降低，通过这种方式在下游管道部分中可以减小流体的体积流率。但是，这种已知的节流板是存在问题的，因为由于压力降低和流入的湍流而形成宽频带噪音等级，这由在板后常常形成的强旋涡导致，如图1所示。
发明内容
针对已知的节流板的前述问题，本发明的目的是提供一种用于控制流体的体积流率的节流板，该节流板在流体流过时产生比已知的单孔板或多孔板更低的噪音等级。
依据本发明的第一方面，该目的由一种节流板来实现，该节流板适于控制管道内流体的体积流率，并具有沿管道的流动方向纵向延伸的多个摩擦元件。为此目的，多个摩擦元件的各个摩擦元件彼此相距一段距离地设置，使得由于所述多个摩擦元件的各个摩擦元件上的摩擦，对着所述节流板流动的流体的体积流率在节流板的沿流动方向的延伸范围内连续地减小。与已知的单孔板或多孔板对比，在此节流不会在节流板处定时地和突然地发生；相反，在依据本发明的节流板的纵向延伸范围内流体的流入压力连续地和逐次地降低，因此既没有突然的压力下降也没有随之产生的旋涡形成，而它们是宽频带噪音等级发生的原因。依据本发明的示例性实施方式的节流板的压力降低是通过各个摩擦元件上的壁摩擦而实现的，使得通过有目的地形成并实施摩擦元件的尺寸和表面结构，可尽可能多地消除不希望的噪音产生。
另外，摩擦元件可设置有由于共鸣器效应(resonator effect)而能消音的孔，使得节流板附加地用作消音器，该节流板降低了板本身所产生的噪音，另外，甚至进一步衰减了气候控制系统的其它点处的噪音，这些噪音由安装有节流板的管道传输。这种消音器效应最大时的频率范围可通过孔尺寸和穿孔度进行调整以满足具体情况的要求。
为了在节流板的区域内不产生流动不畅，建议多个摩擦元件的各个摩擦元件在节流板的沿流动方向的延伸范围内以彼此至少部分地等距的方式设置。
为了避免依据本发明的节流板内出现可能的流动不畅，在流动不畅时由于流动旋涡可产生噪音，多个摩擦元件的各个摩擦元件可实施为平面分层体，平面分层体相对于管道设置，使得分层体的表面法线与管道的流动方向正交。替代地，例如也可以将多个摩擦元件的相应摩擦元件实施为彼此互相插入并且彼此同心的管道，使得它们的焦点中心线分别重合并沿流动方向伸展。
依据本发明的节流板的另一示例性实施方式，多个摩擦元件的各个摩擦元件可设置为或适配为如上所述的分层体，各个分层体相对于彼此设置，使得它们互相交叉成多条交叉线，然而这些交叉线也沿管道的流动方向延伸，使得沿流动方向产生使流体通过的蜂窝状结构。以此方式，设有多个小流动通道，这可特别有效地在节流板上的减小压力。
如上所解释的，通过对各个摩擦元件的表面结构进行具体实施，可主动地影响在具体频率范围内的噪音产生。因此，实验已经表明，如果所实施的多个摩擦元件的各个摩擦元件具有Rz值介于大约0.1mm至1.0mm范围内的表面粗糙度，那么可实现在节流板上的有效压力降低，同时避免噪音产生。但是，当然，在相应的大体积流率的情况下，也可以使这些值超过或低于特定边界值。
依据本发明的另一方面，建议多个摩擦元件的各个摩擦元件实施为加热和/或冷却元件，使得利用摩擦元件可以对流过节流板的流体进行温控，即加热或者冷却。这种类型的温控对于机组人员休息室尤其是必需的，机组人员休息室的温控与其余的客舱区不同。
依据本发明的另一方面，建议将具有至少一些上述特征的节流板应用在飞机的包括多个支管的气候控制系统中，以便控制至少一个支管内的流体的体积流率。通过在飞机的气候控制系统中使用依据本发明的节流板，通常所生成的噪音等级可尽可能地降低，另外，通过使用依据本发明的节流板，在出风口处流出的空气可由飞机的乘坐人员完全单独地进行温控。
最后，依据本发明的另一方面，建议一种气候控制系统，其包括多个支管，且在至少一个支管内安装有上述的至少一个节流板以控制流体的体积流率。
附图说明
下面参照附图详细解释本发明。图示本发明的附图仅示出作为示例的本发明的实施方式，并且不应视作是对保护范围进行特定限制。
图1示出穿过已知的单孔板的剖视图；
图2示出依据本发明具有节流板的支管的等轴局部剖视图；
图3示出沿流动方向观察的节流板的另一实施方式的前视图；
图4示出沿流动方向观察的节流板的又一实施方式的前视图；
图5示出用于图示依据本发明的利用节流板的噪音降低的曲线图。
所有附图中，相同或相似的元件用相同或相应的附图标记标示。
具体实施方式
首先，将参照图1简要描述迄今所使用的用于在气候控制系统中减小体积流率的已知单孔板。图1示出气候控制系统的管道系统(未进一步示出)的支管4。单孔板1安装在支管4内，支管具有从左侧对着单孔板流动的流体流Q。单孔板1减小流入流体Q的量，使得在单孔板1之后，以减小的体积流率q流动。已知的这类单孔节流板具有0.7mm量级的很薄厚度，这就导致由于非常突然的压力下降而体积流率突然地减慢，这导致在单孔板1后形成相对较强的旋涡。这些旋涡经常导致产生非常强的噪音，但是这应尽可能地避免。
为了防止由于在节流板处的突然压力下降而出现的这种噪音产生，本发明建议一种作为示例在图2中示出的节流板。节流板2基本上包括多个摩擦元件3，摩擦元件位于管道4的内部。各个摩擦元件3以互相相距一段距离的方式设置在管道4内，使得由于各个摩擦元件3的摩擦，对着节流板2流动的流体的体积流率Q在节流板2的沿流动方向的延伸范围内连续地减小到减小的流体体积流率q。
也如图2所示，各个摩擦元件3可被多个孔8贯穿，如为了示例的目的在依据本发明的节流板2的两个上部摩擦元件3上所示出的。以此方式，可附加地消除如下的噪音，该噪音在安装有节流板2的气候控制系统的另一点处产生并且通过气候控制系统的管线系统传播到节流板2。
各个摩擦元件3以彼此相距一段距离的方式等距地设置。为了避免在各个摩擦元件3之间粘有污垢，各个摩擦元件3之间的间隔不要形成为显著地小于5mm。与图1所述的单孔板对比，依据本发明的节流板2沿流动方向延伸了较长的一段，使得由于在各个摩擦元件上的摩擦，体积流率Q可连续地减小。实验表明，利用沿流动方向的纵向延伸大约10cm的节流板2已经可获得良好效果。但是，通过相应的边界条件，也可以给节流板2多倍分米的尺寸，直到50cm或更多。为了有效地避免噪音产生，实验同样表明，依据本发明的节流板的纵向延伸范围不得小于具有流体流过的管道4的最小净空。
替代如图2所示的摩擦元件2的构造，这些摩擦元件也可实施为如图3所示的互相插入的(矩形)管道。实施为管道的各个摩擦元件3分别互相同心地设置并且也相对于具有流体流过的管道同心地设置，使得特定的焦点中心线沿流动方向分别重合。
在图4中示出摩擦元件3的可行构造的另一替代方案，其中摩擦元件3互相横向地设置，使得它们沿流动方向交叉成多个交叉线，所述交叉线也沿流动方向延伸，从而沿流动方向观察产生三角形管体形式的蜂窝状结构。当然，摩擦元件3也可形成矩形或六角形的管体。
摩擦元件3基本上可由任何材料制成，但建议摩擦元件3由玻璃纤维增强塑料(GRP)或碳纤维增强塑料(CFRP)制成。以此方式，可以人工地使摩擦元件3特别容易地产生介于0.1mm到1.0mm范围内的所需表面粗糙度。
最后，参照图5以曲线图的方式解释利用依据本发明的节流板2可获得的相对于典型单孔节流板1的噪音降低。曲线5图示典型的单孔节流板的与频率相关的噪音L。与此相对比，曲线6图示依据本发明的节流板的与频率相关的噪音。依据本发明的节流板所产生的噪音在从大约1300Hz开始的高频范围内也增大，但它决不会达到已知的单孔节流板1所产生的噪音等级。然而，在最高值为1300Hz的低频范围内，依据本发明的节流板是特别有效的，在该低频范围内可实现最大达到大约15dB的噪音降低。
如果摩擦元件也附加地设置有上述孔并且有效频率范围调整到高频范围，则也可实现更高的衰减，使得在所有频率上可实现如图5所示的图7形式的响应曲线。
另外，应该指出，“包括”并不排除其它元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个数量。此外，应该指出，参照上述示例性实施方式描述的特征或步骤也可用于结合上述的其它示例性实施方式的其它特征或步骤。权利要求范围中的附图标记不应认为是限制性的。
附图标记：
1.单孔节流板
2.分层节流板
3.摩擦元件
4.管道
5.单孔板的噪音输出曲线
6.分层节流板的噪音输出曲线
7.穿孔的分层节流板的噪音输出曲线
8.孔
Q 流体的体积流率
q 减小的流体的体积流率

Claims (8)

1.一种节流板，用于控制管道(4)内的流体的体积流率，所述节流板具有沿所述管道(4)的流动方向延伸的多个扁平摩擦元件(3)，其中所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)以彼此相距一段距离并平行的方式设置，使得由于在所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)上的摩擦，对着所述节流板(2)流动的流体的体积流率(Q)在所述节流板(2)的沿所述流动方向的延伸范围内连续地减小，其中所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)设置成控制流过所述节流板(2)的流体的温度。
2.如权利要求1所述的节流板，
其中，所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)被多个孔(8)贯穿。
3.如权利要求1或2所述的节流板，
其中，所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)在所述节流板(2)的沿所述流动方向的延伸范围内以至少部分地彼此等距的方式设置。
4.如权利要求1或2所述的节流板，
其中，所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)设置成平面分层体，所述平面分层体的表面法线与所述管道(4)的流动方向正交。
5.如权利要求1或2所述的节流板，
其中，所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)设置成平面分层体，所述平面分层体相对于彼此设置，使得所述平面分层体互相交叉成多条交叉线，所述交叉线沿所述流动方向延伸，以致沿所述流动方向形成蜂窝状结构。
6.如权利要求1或2所述的节流板，
其中，所述多个摩擦元件的各个摩擦元件(3)具有Rz值介于0.1mm至1.0mm范围内的表面粗糙度。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述的节流板(2)在飞机的包括多个支管的气候控制系统中的应用，用于控制至少一个支管内的流体的体积流率(Q)。
8.一种飞机中的气候控制系统，其具有包括多个支管的空气分配系统，其中，至少一个如权利要求1至6中任一项所述的节流板(2)安装在支管内以控制流体的体积流率(Q)。
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