CN101737122A - 一种大功率柴油发动机排气消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率柴油发动机排气消声器，其包括外筒体、进气管、排气管以及收缩插管，所述进气管和排气管与外筒体位于同一轴线上，收缩插管上开有发散孔，所述外筒体的内部由隔板分隔成三个腔室，其分别为一级扩张室、二级扩张室和三级扩张室，所述收缩插管沿外筒体的中心轴线均匀排列成圆形，收缩插管的两端分别位于一级扩张室和三级扩张室内，在一级扩张室和二级扩张室内设有形状与外筒体相对应的共振筒。该发明结构简单、合理，消声量大、消声器流通性好、排热效果好，能使柴油发动机运行更加顺利，对柴油发动机的使用寿命有利，而且其阻力损失最小，保证了柴油发动机出力功能的有效发挥。

Description

一种大功率柴油发动机排气消声器

技术领域

本发明涉及一种消声装置，尤其涉及一种流通性好、阻力小的大功率柴油发动机用排气消声器。

背景技术

近年来，人们为了有效地保护环境，针对柴油发动机的尾气净化问题提出了种种解决办法，设计了各种各样的尾气净化处理装置，比如采用液体过滤的办法来过滤尾气中的尘埃、碳粒、废气等有害物质，一些使用催化剂使尾气中的有害气体起化学反应生成无害气体等，虽然这些处理装置能够起到过滤有害物质的作用，但是柴油发动机排除废气时，废气的压力在排气管口处迅速变化而产生振动，振动产生噪声，这些噪声非常影响周围的环境，而柴油发动机排气噪声是柴油发动机作功运行必然产物，为强度可高达115～120dB的热动力脉冲噪声，目前，所说的大功率柴油发动机指的是出力功率150KW以上的柴油发动机，根据对各国各类型150KW～2200KW柴油发动机测查，大功率柴油发动机排气噪声的峰值、次峰值频段均为63Hz、125Hz、250Hz，其余频段声级均低于70dB。因此，降低噪声则确定以降低63Hz、125Hz、250Hz频段噪声为主，其余低声级频段噪声可在降低峰值、次峰值频段噪声时同时衰减，获得优化效果，现有技术中，在发动机的排气管中装置消声器，消声器用于消耗脉动能量，减小气流的压力波动幅度，可起到减小噪声的作用，而目前国内外普遍使用的排气消声器内部结构上多为插管的交错迷宫式或通道孔板式，它存在如下缺陷和问题：1、消声量低，一般约10～25dB；消声器后排口噪声一般在90～110dB，对环境的影响和危害仍明显突出，如用于城市柴油发动机备用电源，在人口、商住楼密集的状况下，环保法规是不容许的。2、排气流通性不好，排热不畅，易造成柴油发动机运行时机身排口发红，影响使用寿命。3、阻力损失大，降低了柴油发动机的出力性能。因此，现有用于柴油发动机上的消声器不能够使得大功率柴油发动机的噪声达到国家环保的要求。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本发明提供一种有较大消声量、达到国家环保要求、流通性好、阻力小的大功率柴油发动机消声器，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：公开一种大功率柴油发动机排气消声器，包括外筒体、进气管、排气管、收缩插管、隔板和共振筒，所述外筒体为空心圆柱体，所述进气管和排气管分别置于外筒体的两端，进气管和排气管的一端插入外筒体内，进气管和排气管与外筒体位于同一轴线上，收缩插管上开有发散孔，所述外筒体的内部由隔板分隔成三个腔室，其分别为一级扩张室、二级扩张室和三级扩张室，所述收缩插沿外筒体的中心轴线均匀排列成圆形，收缩插管穿过隔板，其两端分别位于一级扩张室和三级扩张室内，共振筒设置在一级扩张室和二级扩张室内，共振筒与外筒体的形状相对应。

作为优选，所述一级扩张室的体积大于二级扩张室，二级扩张室的体积大于三级扩张室。

进一步地，所述一级扩张室、二级扩张室和三级扩张室的轴向长度等于设定噪声波长的1/4。

更进一步地，所述一级扩张室、二级扩张室和三级扩张室的轴向长度分别为1400mm、900mm、700mm。

作为优选，所述外筒体的内直径为进气管内直径的10～14倍；

进一步地，所述外筒体的壁厚为3～5mm，共振筒的壁厚为1.5～2mm。

作为优选，收缩插管的通流截面的总截面面积为进气管截面积的1～1.2倍；

作为优选，所述收缩插管位于一级扩张室内的长度等于一级扩张室长度的0.5倍，收缩插管位于三级扩张室内的长度为三级扩张室内长度的0.25倍。

作为优选，进气管位于一级扩张室内的轴向长度等于一级扩张室长度的0.25倍，排气管在三级扩张室内的轴向长度为三级扩张室轴向长度的0.5倍。

与现有技术相比，该发明带来的有益效果为：该发明结构简单、合理，根据峰值、次峰值频段的波长设置三个腔室，针对性地消除峰值，利用频率响应、共振消耗原理，即利用不同面质量材料对噪声振动具有不同的响应特性，在消声器内消耗声能、抑平声波动，在结构上形成扩张、收缩，大幅度衰减自排口传出的声能，利用突变界面的反射及设置不同向多层次反射的结构，衰减声能，从而达到消声量大、消声器流通性好、排热效果好、符合国家环保的要求，安装在大功率的柴油发动机上，能使大功率柴油发动机的运行更加顺利，对柴油发动机的使用寿命有利，而且其阻力损失小，保证了柴油发动机出力功能的有效发挥，可广泛的应用于城市人口及商住楼密集区域的柴油发动机或安装在移动或固定的柴油发动机的静音箱顶部，实现真正的静音，还可用于矿山、钻探、轮船等柴油动力设备上，降低噪声对环境的污染。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例图1的A-A截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

作为本发明的一种实施例，如图1、2所示，该大功率柴油发动机排气消声器包括外筒体1、进气管2、排气管3、收缩插管4、隔板7和共振筒6，其所用材料选用普通碳钢材料。所述外筒体1为空心圆柱体，其直径根据进气管2的截面积来确定。所述进气管2和排气管3分别置于外筒体1的两端，进气管2和排气管3的一端插入外筒体1内，进气管2和排气管3与外筒体1位于同一轴线上，收缩插管4上开有发散孔5，所述外筒体1的内部由隔板7分隔成三个腔室，其分别为一级扩张室101、二级扩张室102和三级扩张室103，其中，进气管2的一端位于一级扩张室101中，排气管3的一端位于三级扩张室103中，所述一级扩张室101的体积大于二级扩张室102，二级扩张室102的体积大于三级扩张室103，所述一级扩张室101、二级扩张室102和三级扩张室103的轴向长度等于设定噪声波长的1/4时的消声效果最佳。在本实施例中，设定外筒体1的轴向有效长度为3000mm，由此确定一级扩张室101、二级扩张室102和三级扩张室103的轴向长度分别为1400mm、900mm、700mm。所述收缩插管4为六根沿外筒体1的中心轴线均匀排列成圆形的管状，收缩插管4穿过隔板7，其两端分别位于一级扩张室101和三级扩张室103内，共振筒6设于一级扩张室101和二级扩张室102内，其形状与外筒体1相对应，也为圆柱体，所述外筒体1的内直径为进气管2内直径的10～14倍，所述外筒体的壁厚为3～5mm，共振筒6的壁厚为1.5～2mm，收缩插管4的通流截面的总截面面积为进气管2截面积的1～1.2倍。

在本实施例中，所述外筒体1的内直径为进气管2内直径的14倍，所述外筒体1的壁厚为5mm，共振筒6的壁厚为2mm，六根收缩插管4的总通流截面积为进气管2截面积的1.2倍，所述收缩插管4位于一级扩张室101内的长度等于一级扩张室101轴向长度的0.5倍，收缩插管4位于三级扩张室103内的长度为三级扩张室103轴向长度的0.25倍，进气管2位于一级扩张室101内的轴向长度等于一级扩张室101长度的0.25倍，即收缩插管4与进气管2之间的距离也等于一级扩张室101长度的0.25倍，排气管3在三级扩张室103内的轴向长度为三级扩张室103轴向长度的0.5倍，这样按照比列设置的长度能够起到最佳的消声作用。

其工作原理为：从发动机排出的高速脉动气流由进气管2进入消声器中，在收缩插管4上发散孔5的节流作用和各腔室的储气储压作用下，进入消声器内的高速脉动气流被改造为较为稳定的低速气流，减少了噪声值，将大股气流分散成数百股小气流，气流和声波受到孔壁的摩擦作用，声能减少，噪声下降，由于发散孔5喷出的气流和声波有时间差，波峰与波谷可以相互抵消一部分，从而使噪声下降，消声器内部设有共振筒6，一方面可以减少声波在消声器内的反射、混响，另一方面可以吸收入射声波，降低噪声。具体在本实施例中，气流由进气管2进入一级扩张室101，一级扩张室101的截面积为进气管2的14倍，假设进入声能为1，进一级扩张室101后，主峰值声能即被扩散减弱，进入收缩插管4的声能为进气管2的1/14，通过的次峰值声能进入二级扩张室102后，由密集的发散孔5扩张声能14倍，进入收缩插管4，然后通过的次峰值声能再次进入三级扩张室103，再扩散14倍后以1/14从排气管3排出消声器外。整个过程中，声能进入各腔室时，由振动能量策动消声器内强烈振动，大幅度的消耗声能，由于外筒体1的厚度大于共振筒6的厚度，故声振动不能被传至消声器外。声能进入消声器后经三次突变界面以及共振筒6、收缩插管4的反复反射，声能得到衰减，通过以上作用，最终排出消声器的排气管3外的噪声已基本接近无声。

本消声器通过对各国产150～2200KW柴油发动机86次运行测试，基本性能如下：消声量：49～56dB<A>；人耳主观感觉：在消声器排气口外3米处，无发动机声听闻；阻力损失：58.5Pa。另外，经过在中国电信重庆江北枢纽中心的三台英国史丹佛·威尔信劳斯莱斯1600KW柴油发动机组进行测试，使用本消声器排气管处能实现无声静音，在背景噪声53dB<A>状态下，排气管噪声仍为53dB<A>。

以上所述为本发明的较佳实施方式，并非是要将本发明局限在所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (9)

1.一种大功率柴油发动机排气消声器，包括外筒体(1)、进气管(2)、排气管(3)以及收缩插管(4)，所述外筒体(1)为空心圆柱体，所述进气管(2)和排气管(3)分别置于外筒体(1)的两端，进气管(2)和排气管(3)的一端插入外筒体(1)内，进气管(2)和排气管(3)与外筒体(1)位于同一轴线上，收缩插管(4)上开有发散孔(5)，其特征在于：所述外筒体(1)的内部由隔板(7)分隔成三个腔室，其分别为一级扩张室(101)、二级扩张室(102)和三级扩张室(103)，所述收缩插管(4)沿外筒体(1)的中心轴线均匀排列成圆形，收缩插管(4)穿过隔板(7)，其两端分别位于一级扩张室(101)和三级扩张室(103)内，在一级扩张室(101)和二级扩张室(102)内还设有与外筒体(1)相对应的共振筒(6)。

2.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述一级扩张室(101)的体积大于二级扩张室(102)，二级扩张室(102)的体积大于三级扩张室(103)。

3.根据权利要求2所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述一级扩张室(101)、二级扩张室(102)和三级扩张室(103)的轴向长度等于设定噪声波长的1/4。

4.根据权利要求3所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述一级扩张室(101)、二级扩张室(102)和三级扩张室(103)的轴向长度分别为1400mm、900mm、700mm。

5.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述外筒体(1)的内直径为进气管(2)内直径的10～14倍。

6.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述外筒体(1)的壁厚为3～5mm，共振筒(6)的壁厚为1.5～2mm。

7.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：收缩插管(4)通流截面的总截面面积为进气管(2)截面积的1～1.2倍。

8.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：所述收缩插管(4)位于一级扩张室(101)内的长度等于一级扩张室(101)长度的0.5倍，收缩插管(4)位于三级扩张室(103)内的长度为三级扩张室(103)长度的0.25倍。

9.根据权利要求1所述的一种大功率柴油发动机排气消声器，其特征在于：进气管(2)位于一级扩张室(101)内的轴向长度等于一级扩张室(101)长度的0.25倍，排气管(3)在三级扩张室(103)内的轴向长度为三级扩张室(103)轴向长度的0.5倍。

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