CN101509506A - 仿生耦合消声降噪蜗舌 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种离心风机气动噪声控制的仿生耦合消声降噪蜗舌。在蜗壳的蜗口处设有仿生耦合消声蜗舌，仿生耦合消声蜗舌是由仿生耦合消声蜗舌微缝板层和仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层与空气腔背板构成，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层与空气腔背板之间为仿生消声蜗舌薄空腔层，空气腔背板与蜗壳铆焊连接。仿生耦合消声蜗舌加工简单，不需要改变原有风机蜗壳外形，同时具有吸声降噪和整流降噪的功效；气流在流经仿生耦合消声蜗舌表面时，与气流接触的仿生微缝板层具有整流，减少蜗舌表面涡流脱落的作用；经试验风机转速选择工况转速：1800r/min，对原噪声级较高的风机，约可降噪3－5db(A)，降噪率为5％；对原噪声级较低的风机，亦可降噪2－3db(A)，降噪率为4.5％。

Description

仿生耦合消声降噪蜗舌

技术领域

本发明涉及一种声学、工程仿生学及流体机械，尤其是针对一种离心风机气动噪声控制装置。

技术背景

离心风机等高速旋转运动的机械工作状态下会产生较大的的噪音，这是由于运动部件和与其相接触的环境介质之间发生冲击、摩擦等相互作用造成的。这种有害噪音可通过介质传播出去，对环境产生污染，比如鼓风机、汽车水箱风扇的、空调风机噪音等，因此降低离心风机等旋转机械产生的启动噪音对于减少噪声污染具有重要的意义。

现有专利技术中，CN00115736.1公开了一种《在蜗壳上设计阶梯蜗舌降噪》，该发明比其在先技术在一定程度上降低了噪声，但不消声，加工过程复杂。PUB.NO.JP 6002699 Published公开了一种《在主蜗舌上设置-块板作为辅助蜗舌》的降噪方法，该方法需要改变蜗舌形状或者增设辅助装置，结构上较为复杂，加工过程中模具设计成本会增加，不便广泛应用。

发明内容

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单，易于加工制造，降噪效果明显的仿生耦合消声降噪蜗舌。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

在蜗壳1的蜗口处设有仿生耦合消声蜗舌2。

本发明的目的还可以通过以下方式实现：

仿生耦合消声蜗舌2是由仿生耦合消声蜗舌微缝板层4和仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7粘接或铆焊构成，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7之间为仿生消声蜗舌薄空腔层6，空气腔背板7与蜗壳1铆焊或粘合连接。

仿生耦合消声蜗舌微缝板层4板层厚1—2mm，微缝宽0.3—0.5mm，微缝中心间距4—6mm，开封率3％—5％。

仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5板层厚0.8—1.2mm，穿孔直径0.2—0.5mm，空间距1—2mm，穿孔率2％—3％。

仿生消声蜗舌薄空腔层6深度为8—10mm。

有益效果：仿生耦合消声蜗舌加工简单，不需要改变原有风机蜗壳外形，同时具有吸声降噪和整流降噪的功效；气流在流经仿生耦合消声蜗舌表面时，与气流接触的仿生微缝板层具有整流，减少蜗舌表面涡流脱落的作用；由微缝板、微穿孔板、薄空腔形成的多层结构能有效吸收气动噪声，减少风机噪声通过出风口向外传播。

经对离心式风机进行大量试验，试验中同一叶轮、蜗壳分别配用原蜗舌和仿生耦合消声蜗舌，风机转速选择工况转速：1800r/min，对原噪声级较高的风机，约可降噪3-5db(A)，降噪率为5％；对原噪声级较低的风机，亦可降噪2-3db(A)，降噪率为4.5％。

附图说明

图1：仿生耦合消声蜗舌在离心风机蜗壳中的位置图

图2：仿生耦合消声蜗舌结构图

图3：仿生耦合消声蜗舌微缝板层4结构图

图4：仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5结构图

图5：仿生耦合消声蜗舌薄空腔层6结构图

1蜗壳，2仿生耦合消声蜗舌，3风机叶轮，4仿生耦合消声蜗舌微缝板层，5仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层，6仿生消声蜗舌薄空腔层，7空气腔背板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步详细说明：

在蜗壳1的蜗口处设有仿生耦合消声蜗舌2。

仿生耦合消声蜗舌2是由仿生耦合消声蜗舌微缝板层4和仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7粘接或铆焊构成，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7之间为仿生消声蜗舌薄空腔层6，空气腔背板7与蜗壳1铆焊或粘合连接。

仿生耦合消声蜗舌微缝板层4板层厚1—2mm，微缝宽0.3—0.5mm，微缝中心间距4—6mm，开封率3％—5％。

仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5板层厚0.8—1.2mm，穿孔直径0.2—0.5mm，空间距1—2mm，穿孔率2％—3％。

仿生耦合消声蜗舌微缝板层4曲面顶端至仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的垂直距离为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4的半径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的长度为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4的直径。

仿生消声蜗舌薄空腔层6深度为8—10mm。

现有研究表明，鸮类在长期适应周围生存环境的过程中，形成了独特的体表降噪系统，能以100Km/h快速在介质中运动且不发出噪声，有利于其捕食或躲避天敌。选取长耳鸮为对象进行观察研究，发现其皮肤和覆羽具有独特的多层次形态与结构耦合吸声特征，对这一特征进行仿生建模并应用于离心风机蜗舌噪声控制，提出一种新型蜗舌降噪结构——仿生耦合消声蜗舌。由于风机蜗舌处气流具有高速、高压的特点，因此，现有的普通双层微穿孔板消声器会由于产生非线性声阻现象而降低其消声效果。仿生耦合消声蜗舌前腔采用微缝板，后腔由微穿孔板与空气室组成，其消声机理同双层普通穿孔板和双层微穿孔板均不一样。仿生耦合消声蜗舌取代风机中的传统蜗舌结构，使其既有一般蜗舌的功能，同时又具有消声的特点，它可有效拓宽噪声控制频带，且无再生噪声，适用面广。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现提供一种仿生耦合消声降噪蜗舌。其实质性特点是仿长耳鸮皮肤和覆羽具有独特的多层次形态与结构耦合吸声特征，设计制造的一种具有多层结构蜗舌2，该蜗舌由微缝板层4、微穿孔板层5、薄空腔层6、空气腔背板7组成，呈现典型的形态与结构耦合特征。各层之间以粘合或铆焊方式连接，以减轻整体质量，并易于加工。

仿生耦合消声降噪蜗舌，微缝板层4可直接接触气流，其设计参数根据对长耳鸮体表覆羽层进行观察测量得到的相关数据确定，长耳鸮覆羽层呈柔软、多缝隙，且在长耳鸮飞行过程中直接与空气介质接触，因此可根据其特征参数设计仿生耦合降噪蜗舌的第一层，即微缝板层4。具体参数范围：板厚t与覆羽层平均厚度对应，t值选择在1-2mm；微缝宽度d和羽片间微隙平均宽度对应，为0.3—0.5mm；据羽片缝隙平均间距垂直于皮肤表面投影尺寸，确定微缝中心间距s为4-6mm；开缝率3％-5％。以上参数均经过试验优化。

仿生耦合消声降噪蜗舌所述的微穿孔板层5作为吸收声能的主要部分，位于微缝板层和薄空腔层之间。微穿孔板层5与微缝板层4之间以粘接方式连接，并与空气腔背板7粘接固定在一起。微穿孔板层5主体设计参数是在对长耳鸮皮肤真皮层实测所得数据的基础上，同时考虑适应工程加工需要，进行适当的数值放大处理后确定。长耳鸮皮肤真皮层特征是，皮肤松弛，分布有大量微孔，且微孔分布较为均匀，板厚0.8-1.2mm，穿孔直径D为0.2-0.5mm，孔间距h为1-2mm.，穿孔率为2％-3％。以上参数均经过试验优化。

仿生耦合消声降噪蜗舌所述的薄空腔层6位于微穿孔板层5与空气腔背板7之间，空气腔背板7直接与蜗壳1配箱连接。长耳鸮皮下薄空腔位于其皮肤真皮层与皮下脂肪之间，使得长耳鸮体表皮肤与皮下组织间呈非紧密连接，该薄空腔层呈现深度分布眼皮肤表面较为均匀，不连续体积可变等特征。薄空腔层依据长耳鸮皮下薄空腔深度值与真皮层厚度之间的比例关系确定。在微穿孔板层参数确定后，可确定仿生耦合消声蜗舌中薄空腔深度T为8-10mm。

按照技术方案提供的一种仿生耦合消声降噪蜗舌，其实质性特点是所述的多层耦合消声结构蜗舌与蜗壳之间可以用粘接或铆接固定的方式连接，不影响蜗壳原有外形轮廓线。

仿生耦合消声降噪蜗舌是将原来离心风机单蜗舌蜗壳中的普通蜗舌改成消声结构蜗舌，在不改变蜗舌外形尺寸的条件下，实现离心风机气动噪音有效控制。蜗舌设计中，应十分注意蜗舌与叶轮外缘的间距，该间距有一个最佳范围，超过此范围噪声反而会增大，并会导致风机风量、风压等性能指标急剧下降。因此，仿生耦合消声蜗舌不改变经过长期实验优化的蜗舌外形轮廓，使蜗舌与叶轮间距仍处于最佳范围内，可保证采用仿生设计的新型离心风机具有良好的性能。

本发明将仿生耦合理念与工程实践相结合，依据生物体表降噪特征进行建模，为离心风机蜗舌设计提供了新思路。与现有的降噪技术比较，仿生耦合降噪技术具有成本低，能耗低，效果显著的特点。特别是在某些不允许改变原有风机外形尺寸的场合，仿生耦合降噪技术具有其他技术难以实现的优点。

实施例1

首先测量风机蜗舌部位的尺寸，确定仿生耦合消声降噪蝸舌的安装位置，再依据测量的风机蜗舌部位的尺寸加工仿生耦合消声蜗舌微缝板层4，仿生耦合消声蜗舌微缝板层4厚度为1mm，微缝宽度为0.5mm，微缝中心间距为4mm，开缝率3％，微缝板层4外形轮廓沿用风机蜗舌外形曲线，仿生耦合消声蜗舌微缝板层4曲面顶端至仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的垂直距离为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4半径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的长度为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4的直径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5厚0.8mm，穿孔直径D为0.2mm，孔间距h为1mm.，穿孔率为2％，空气腔背板7的长度大于蜗口的宽度，以便于将仿生耦合消声蜗舌2固定在蜗壳1上，将加工好的仿生耦合消声蜗舌微缝板层4和仿生耦消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7粘焊在一起，制成仿生耦合消声蜗舌2，再将仿生耦合消声蜗舌2通过铆焊固定在蜗壳1上，即完成仿生耦合消声降噪蜗舌的制造。试验测试结果显示风机噪声峰值降低约3.5dB，降噪率约为6％。

实施例2

首先测量风机蜗舌部位的尺寸，确定仿生耦合消声降噪蝸舌的安装位置，再依据测量的风机蜗舌部位的尺寸加工仿生耦合消声蜗舌微缝板层4，仿生耦合消声蜗舌微缝板层4厚度为2mm，微缝宽度为0.5mm，微缝中心间距为6mm，开缝率5％，微缝板层4外形轮廓沿用风机蜗舌外形曲线，仿生耦合消声蜗舌微缝板层4曲面顶端至仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的垂直距离为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4半径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5的长度为仿生耦合消声蜗舌微缝板层4的直径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层5厚1.2mm，穿孔直径D为0.5mm，孔间距h为2mm.，穿孔率为3％，空气腔背板7的长度大于蜗口的宽度，以便于将仿生耦合消声蜗舌2固定在蜗壳1上，将加工好的仿生耦合消声蜗舌微缝板层4和仿生耦消声蜗舌微穿孔板层5与空气腔背板7粘焊在一起，制成仿生耦合消声蜗舌2，再将仿生耦合消声蜗舌2通过铆焊固定在蜗壳1上，即完成仿生耦合消声降噪蜗舌的制造。测试结果显示，风机噪声峰值降低约2.5dB，降噪率约为2.6％。

Claims (6)

1、一种仿生耦合消声降噪蜗舌，包括蜗壳(1)、风机叶轮(3)，其特征在于，在蜗壳(1)的蜗口处设有仿生耦合消声蜗舌(2)。

2、按照权利要求1所述的仿生耦合消声降噪蜗舌，其特征在于，仿生耦合消声蜗舌(2)是由仿生耦合消声蜗舌微缝板层(4)和仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层(5)与空气腔背板7粘接或铆焊构成，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层(5)与空气腔背板(7)之间为仿生消声蜗舌薄空腔层(6)，空气腔背板(7)与蜗壳(1)铆焊或粘合连接。

3、按照权利要求2所述的仿生耦合消声降噪蜗舌，其特征在于，仿生耦合消声蜗舌微缝板层(4)板层厚1—2mm，微缝宽0.3—0.5mm，微缝中心间距4—6mm，开封率3％—5％。

4、按照权利要求1或2所述的仿生耦合消声降噪蜗舌，其特征在于，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层(5)板层厚0.8—1.2mm，穿孔直径0.2—0.5mm，空间距1—2mm，穿孔率2％—3％。

5、按照权利要求1所述的仿生耦合消声降噪蜗舌，其特征在于，仿生耦合消声蜗舌微缝板层(4)曲面顶端至仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层(5)的垂直距离为仿生耦合消声蜗舌微缝板层(4)的半径，仿生耦合消声蜗舌微穿孔板层(5)长为仿生耦合消声蜗舌微缝板层(4)的直径。

6、按照权利要求1所述的仿生耦合消声降噪蜗舌，其特征在于，仿生消声蜗舌薄空腔层(6)深度为8—10mm。

Images