CN102226491A - 用于输液管路流体消脉降噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于输液管路流体消脉降噪装置，包括进口圆管(1)、出口圆管(2)和套筒(3)，进口圆管(1)的部分伸入套筒(3)内且与套筒(3)的左端面密封的固定相连，出口圆管(2)的部分伸入套筒(3)内且与套筒(3)的右端面密封的固定相连；在套筒(3)的内壁上设置弹性气囊(4)，在弹性气囊(4)上设有与弹性气囊(4)内腔密封相连通的气芯(5)；在位于套筒(3)内的进口圆管(1)的侧壁上布满微孔I(8)，在位于套筒(3)内的出口圆管(2)的侧壁上布满微孔II(10)。本发明的装置不仅结构紧凑，还实现了结构谐振频率的连续可调，能够有效削弱宽频带的流体脉动及噪声。

Description

用于输液管路流体消脉降噪装置

技术领域

本发明涉及一种用于输液管路的消脉降噪装置，适用于各种舰艇、航空等行业中输送液体介质的管路在空间有限下的消脉降噪。

背景技术

动力源对航空飞机的飞控系统和起落架等的负载作用，需要通过液压系统完成；舰艇中布满像海水管、挤代管等输液管路，其中不乏与动力设备直接连接的管路。上述输液管路中，液压泵的周期性及不平衡性诱发管路中流量和压力脉动，流量和压力脉动是产生管路振动噪声的主要原因。通过输液管路传出低频管路振动噪声及管路内流体湍流高频噪声严重影响了舰艇等的隐蔽性；液压泵振动及由管路内脉动压力诱发的管路振动会降低管路及元件寿命，严重时导致灾难性事故。

目前，管路内流体脉动控制装置主要有蓄能器。蓄能器是从负载系统出发来衰减压力脉动，理论和实验均证明，合适设计和安装蓄能器能有效改善管路流体脉动，因而得到广发的应用；但这种脉动控制器有些缺点无法克服，例如舰船上因为空间布置问题尤为突出，大体积蓄能器无法满足有限空间布置的要求；其次，管路液体脉动工况多变，蓄能器单一谐振频率无法同时衰减多频流体脉动。

目前，管路内流体噪声控制装置研究主要有消音器和共鸣器。消声器在输气管路中应用广泛，其实际应用及理论归纳已相当成熟，但对液体介质的消声器的实际应用较少；由于液体密度高于气体密度，在舰船上有限空间内实现液体消声困难较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于输液管路消脉降噪装置，该装置不仅结构紧凑，还实现了结构谐振频率的连续可调，能够有效削弱宽频带的流体脉动及噪声。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于输液管路流体消脉降噪装置，包括进口圆管、出口圆管和套筒，进口圆管的部分伸入套筒内且与套筒的左端面密封的固定相连，出口圆管的部分伸入套筒内且与套筒的右端面密封的固定相连；在套筒的内壁上设置弹性气囊，在弹性气囊上设有与弹性气囊内腔密封相连通的气芯；在位于套筒内的进口圆管的侧壁上布满微孔I，在位于套筒内的出口圆管的侧壁上布满微孔II。

作为本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置的改进：微孔I的孔径和微孔II的孔径均为1-3mm，微孔I的穿孔总面积与进口圆管上穿孔段管的表面积(即位于套筒内的进口圆管的表面积)之比定义为Φ1，20％＜Φ1＜30％；微孔II的穿孔总面积与出口圆管上穿孔段管的表面积(即位于套筒内的出口圆管的表面积)之比定义为Φ2，20％＜Φ2＜30％。

作为本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置的进一步改进：气芯为只能用于向弹性气囊内腔充气的单向气芯。

作为本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置的进一步改进：弹性气囊上设有用于检测弹性气囊内气压的压力表。

作为本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置的进一步改进：弹性气囊由弹性吸声材料制成。

作为本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置的进一步改进：气芯向外贯穿套筒的侧壁，气芯与套筒的侧壁之间设置密封装置；压力表向外贯穿套筒的侧壁，压力表与套筒的侧壁之间设置密封装置。

在本发明中，套筒的内径大于进口圆管和出口圆管的内径，因此形成了扩张管式结构；套筒的作用是突然增加流动空间，从而缓解流体脉动压力和削弱流体噪声。

弹性气囊初始工作气压可由气芯向弹性气囊内部充气而改变。弹性气囊由弹性吸声材料(例如吸声橡胶)制成，一方面吸收上游噪声及流体湍流噪声，另一方面其弹性可压有助于降低流体压力脉动。弹性气囊内充气形成空气弹簧，以消除流体脉动；空气弹簧弹性系数受弹性气囊内原装压力和流体脉动压力作用，使得其谐振频率连续变化，因而可以降低宽流体压力脉动。弹性气囊的原始充入压力根据流体脉动工况而定，此为本行业的常规技术。弹性气囊内空气弹簧的刚度例如可由以下步骤推导：

故调节弹性气囊内气体压力，恰当弹性气囊内固有频率与管道内流体固有频率相近时，就可以大大降低流体脉动。首先通过实验测试确定管道内流体脉动频率ω_术，

设定流体频率与气囊固有频率相同，

气囊固有频率为 ${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{\frac{k}{m}}---\left(1\right)$

则

充气气囊的弹性系数可通过(3)(4)(5)求的(6)式

K_e＝γp                                                (3)

$\frac{K_e}{V_3}=\frac{\mathrm{\Δp}}{{\mathrm{\ΔV}}_3}---\left(4\right)$

$k=\frac{F}{\mathrm{\Δx}}=\frac{{\mathrm{\ΔpA}}_p}{{\mathrm{\ΔV}}_3/A_P}=\frac{{\mathrm{\ΔpA}}_p^2}{{\mathrm{\ΔV}}_3}---\left(5\right)$

$k=K_e{A}_p^2/V_3---\left(6\right)$

通过(2)式和(6)式可最终确定气囊内压力p

式中V₃为气囊所容气体容积，K_e为装置的表观弹性系数，γ为空气的热比热，等温过程可取γ＝1，绝热过程γ＝1.4，p为气囊内气体承受的压力，式中A_p为气囊与脉动液体接触的面积，m为气囊充气后质量。

与弹性气囊相连通的气芯为单向气芯，可根据流体不同工况，由外部向弹性气囊内充气，从而实现多工况下工作。压力表用于检测弹性气囊内气体压力，从而检测弹性气囊是否在有效工作，并监视弹性气囊内压力。

位于套筒内的进口圆管的侧壁上所布满的微孔I以及位于套筒内的出口圆管的侧壁上所布满的微孔II，用于消除液体传递的上游噪声。

综上所述，本发明的用于输液管路流体消脉降噪装置集合多重消声渠道来提高其性能，主要为微孔结构、扩张管式结构以及吸声橡胶材料。在本发明中还设计了特殊的弹性气囊，气囊内气体压力随脉动流体压力变化而变化，形成连续可调空气弹簧，吸收流多工况压力脉动。在本发明中，采用压力测试装置监测气囊内压力，当发生气囊失效时，能及时获知；本发明将各消脉消声装置集于一体，因此有利于紧凑其结构。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1本发明用于输液管路流体消脉降噪装置的剖视结构示意图；

图2是图1的实际使用状态示意图；

图3是弹性气囊空气弹簧对脉动流体的消脉效果图；

(a)消声器入口流体速度脉动；(b)消声器出口口流体速度脉动；

图4是对本发明的降噪效果进行验证的实验装置；

图5是本发明的降噪效果图。

具体实施方式

实施例1、图1给出了一种用于输液管路流体消脉降噪装置，包括进口圆管1、出口圆管2、套筒3，进口圆管1的直径等于出口圆管2的直径；

噪声降低量随M增大而增大，根据结构设计总布置的影响，一般套筒3的内径大于进口圆管1内径的2倍。

进口圆管1的部分伸入套筒3内，进口圆管1与套筒3的左端面之间依靠法兰6固定相连，法兰6与套筒3的左端面之间设置密封圈61，从而实现进口圆管1与套筒3的左端面的固定相连。

出口圆管2的部分伸入套筒3内，出口圆管2与套筒3的右端面之间依靠法兰7固定相连，法兰7与套筒3的右端面之间设置密封圈71，从而实现出口圆管2与套筒3的右端面的固定相连。

在位于套筒3内的进口圆管1的侧壁上布满微孔I 8，在位于套筒3内的出口圆管2的侧壁上也布满微孔II 10；当流体通过上述微孔(即微孔I 8和微孔II 10)，微孔孔径处的流体在声压的作用下像活塞一样做往复运动，使声波与孔径壁面相互摩擦，从而消耗噪声能量；微孔直径针对单一声频有效，微孔I 8的孔径和微孔II 10的孔径均为1-3mm。

微孔I 8的穿孔总面积与进口圆管1上穿孔段管的表面积(即位于套筒3内的进口圆管1的表面积)之比定义为Φ1，20％＜Φ1＜30％；微孔II 10的穿孔总面积与出口圆管2上穿孔段管的表面积(即位于套筒3内的出口圆管2的表面积)之比定义为Φ2，20％＜Φ2＜30％。

在套筒3的内壁上固定设置弹性气囊4，该弹性气囊4由弹性吸声材料(例如吸声塑料)制成，该弹性气囊4呈圆环形，弹性气囊4紧贴套筒3的内壁。在弹性气囊4上设有与弹性气囊4内腔密封相连通的气芯5，气芯5为只能用于向弹性气囊4内腔充气的单向气芯。气芯5向外贯穿套筒3的侧壁，在气芯5与套筒3的侧壁之间设置密封圈51；从而保证气芯5与套筒3的侧壁之间的密封性。在弹性气囊4上设有用于检测弹性气囊4内气压的压力表9，该压力表9的管体与弹性气囊4的内腔密封相连通。压力表9的管体向外贯穿套筒3的侧壁，在压力表9的管体与套筒3的侧壁之间设有密封圈91；从而保证压力表9的管体与套筒3的侧壁之间的密封性。

应用一、

该用于输液管路流体消脉降噪装置实际使用时，如图2所示：可直接安装在有流体振动噪声问题的管道上。脉动流体携带上流传递来的噪声经接进口圆管1进入套筒3的内腔中；来自上游噪声的衰减过程：部分噪声经微孔辐射到套筒3的内腔而损失；部分噪声流体进入套筒3的内腔，因流体流动空间突然扩大而损失；部分噪声被弹性气囊4的吸声橡胶吸附。压力脉动衰减过程：部分压力脉动随流体进入套筒3的内腔，因流体流动空间突然扩大而衰减；部分压力脉动在套筒3的内腔中反复撞击弹性气囊4而被弹性橡胶及空气弹簧吸收衰减掉。可定期向弹性气囊4内注气。

在变工况下，例如泵启停过程，流体脉动频率随泵转速变化而变化，管道内流体脉动特性发生变化，可根据实际需要向弹性气囊4内注入特定气压的气体，形成空气弹簧。

利用图4所述的实验装置(为常规实验装置)对本发明的降噪效果进行验证，消脉效果通过流固耦合软件ADINA模拟验证，消脉效果如图3所示；降噪效果通过实验验证，消声量如图5所示。从而证明本发明的装置的消脉降噪效果。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：包括进口圆管(1)、出口圆管(2)和套筒(3)，进口圆管(1)的部分伸入套筒(3)内且与套筒(3)的左端面密封的固定相连，出口圆管(2)的部分伸入套筒(3)内且与套筒(3)的右端面密封的固定相连；在套筒(3)的内壁上设置弹性气囊(4)，在弹性气囊(4)上设有与弹性气囊(4)内腔密封相连通的气芯(5)；在位于套筒(3)内的进口圆管(1)的侧壁上布满微孔I(8)，在位于套筒(3)内的出口圆管(2)的侧壁上布满微孔II(10)。

2.根据权利要求1所述的用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：所述微孔I(8)的孔径和微孔II(10)的孔径均为1-3mm，微孔I(8)的穿孔总面积与进口圆管(1)上穿孔段管的表面积之比定义为Φ1，20％＜Φ1＜30％；微孔II(10)的穿孔总面积与出口圆管(2)上穿孔段管的表面积之比定义为Φ2，20％＜Φ2＜30％。

3.根据权利要求1或2所述的用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：所述气芯(5)为只能用于向弹性气囊(4)内腔充气的单向气芯。

4.根据权利要求3所述的用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：所述弹性气囊(4)上设有用于检测弹性气囊(4)内气压的压力表(9)。

5.根据权利要求4所述的用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：所述弹性气囊(4)由弹性吸声材料制成。

6.根据权利要求5所述的用于输液管路流体消脉降噪装置，其特征是：所述气芯(5)向外贯穿套筒(3)的侧壁，所述气芯(5)与套筒(3)的侧壁之间设置密封装置；所述压力表(9)向外贯穿套筒(3)的侧壁，所述压力表(9)与套筒(3)的侧壁之间设置密封装置。

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