CN103075605B - 双腔共振式消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双腔共振式消声器，涉及一种用来抑制管道噪声的双腔共振式消声器，由上下两个共振腔串联构成，其中上腔通过旁支管道与主管道连接，上腔和下腔之间通过隔板上的管道或开孔连接。本发明采用双腔共振式消声器来抑制管道噪声，能够在低频范围内产生两个消声峰值，具有良好的消声效果，能够有效抑制管道内传播的噪声。同时，本发明也充分利用了旁支管周围原本闲置的空间，提高了共振式消声器的空间利用率。

Description

双腔共振式消声器

技术领域

本发明涉及管道噪声领域，特别涉及一种用来抑制管道噪声的消声器。

背景技术

传统共振式消声器是一种常用的抑制管道噪声的装置。图1为传统共振腔消声器的结构示意图，如图所示共振式消声器的结构形式是：主管通过旁支管道或开孔与赫姆霍兹共振腔（即密闭腔11）相连。共振式消声器的基本原理与赫姆霍兹共振器相同：管道或开孔中的空气柱类似活塞，具有一定的声质量；密闭空腔类似于空气弹簧，二者组成一个共振系统。当声波传至颈口时，空气柱在声波作用下产生振动，振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换成热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。当声波频率与共振腔固有频率相同或相近时，便产生共振，空气柱振动速度达到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。

传统共振腔消声器的共振频率及传递损失计算一般由下式求出：

$f_0=\frac{c_0}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{A}{\mathrm{lV}}},$

$\mathrm{TL}=10\lg [1+\frac{{\left(\frac{\sqrt{\mathrm{AV}/l}}{2A_p}\right)}^2}{{(\frac{f}{f_0}-\frac{f_0}{f})}^2}],$

式中：c₀为介质中的声速；A为管道或开孔横截面的面积；l为管道的长度或开孔的高度；V为密闭腔的体积；A_P为主管道的管径；f为不同的声波频率。

传统共振腔消声器的主要缺点是只针对频率在其固有频率附近的声波具有消声效果，频率范围单一。因此急需一种能抑制管道噪声的消声器。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能抑制管道噪声的消声器。该管道噪声消声器为双腔共振式，能够在低频范围内产生两个共振频率，并在这个两个共振频率附近具有良好的消声效果。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的双腔共振式消声器，包括主管道、旁支管道、上共振腔和下共振腔；所述上共振腔和下共振腔以串联的方式设置于主管道相连的旁支管道上。

进一步，所述上共振腔通过旁支管道与主管道连接。

进一步，所述下共振腔通过双腔之间隔板上的管道与上共振腔连接。

进一步，所述下共振腔通过双腔之间隔板上的开孔与上共振腔连接。

进一步，所述上共振腔和下共振腔的耦合作用在低频范围内产生两个不同的共振频率的共振腔。

进一步，所述双腔共振式消声器的共振频率满足以下方程：

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};$ $k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};$ $k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};$ $\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1}$

式中：f_1,2表示双腔共振式消声器的共振频率，c₀为介质中的声速；A_i为管道或开孔横截面的面积；l_i为管道的长度或开孔的高度；V_i为腔体的体积；A_P为主管道的管径；i为1或2以角标形式表示上腔或下腔的对应参数；

进一步，所述双腔共振式消声器的传递损失满足以下方程：

$\mathrm{TL}=10\lg \{1+{\left[\frac{{\mathrm{\ωc}}_0{A}_1^2}{2A_P}\frac{{\mathrm{\βk}}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2}{(k_1-{\mathrm{\ω}}^2{A}_1{l}_1)({\mathrm{\βk}}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2)-k_{12}^2}\right]}^2\};$

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};$ $k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};$ $k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};$ $\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1};$ ω＝2πf

式中：TL表示传递损失，c₀为介质中的声速；A_i为管道或开孔横截面的面积；l_i为管道的长度或开孔的高度；V_i为腔体的体积；A_P为主管道的管径；f为不同的声波频率；i为1或2以角标形式表示上腔或下腔的对应参数。

本发明的优点在于：本发明采用双腔共振式消声器来抑制管道噪声，能够在低频范围内产生两个消声峰值，并同时消除这两个峰值频率附近的管内噪声。并在这个两个共振频率附近获得较大的消声量，具有良好的消声效果，有效抑制管道内传播的噪声。另外，本发明也充分利用了旁支管周围原本闲置的空间，提高了共振式消声器的空间利用率。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为传统共振腔消声器的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明实例传递损失图。

图中，密闭腔11、上共振腔1、下共振腔2、旁支管3、主管4、隔板5、孔6、

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图2为本发明的结构示意图，图3为本发明实例传递损失图，如图所示：本发明提供的双腔共振式消声器，包括主管道、旁支管道、上共振腔和下共振腔；所述上共振腔和下共振腔以串联的方式设置于主管道相连的旁支管道上。

所述上共振腔通过旁支管道与主管道连接。

所述下共振腔通过双腔之间隔板上的管道与上共振腔连接。

所述下共振腔通过双腔之间隔板上的开孔与上共振腔连接。

所述上共振腔和下共振腔的耦合作用（其原理与两自由度振动系统相似）在低频范围内产生两个不同的共振频率的共振腔。

所述双腔共振式消声器的共振频率满足以下方程：

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};$ $k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};$ $k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};$ $\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1}$

式中：f_1，2表示双腔共振式消声器的共振频率，c₀为介质中的声速；A_i为管道或开孔横截面的面积；l_i为管道的长度或开孔的高度；V_i为腔体的体积；A_P为主管道的管径；i为1或2以角标形式表示上腔或下腔的对应参数。其中，k₁、k₁₂、k₂和β为自定义参数目的是为了简化公式；

所述双腔共振式消声器的传递损失满足以下方程：

$\mathrm{TL}=10\lg \{1+{\left[\frac{{\mathrm{\ωc}}_0{A}_1^2}{2A_P}\frac{{\mathrm{\βk}}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2}{(k_1-{\mathrm{\ω}}^2{A}_1{l}_1)({\mathrm{\βk}}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2)-k_{12}^2}\right]}^2\};$

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};$ $k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};$ $k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};$ $\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1};$ ω＝2πf

式中：TL表示传递损失，c₀为介质中的声速；A_i为管道或开孔横截面的面积；l_i为管道的长度或开孔的高度；V_i为腔体的体积；A_P为主管道的管径；f为不同的声波频率；i为1或2以角标形式表示上腔或下腔的对应参数。

如图2所示，本发明提供的双腔共振式消声器的具体实施例中的共振腔由上下两节共振腔1、2构成，其中腔1（即上共振腔）通过旁支管3与主管4连接，腔1和腔2（即下共振腔）之间通过两腔之间隔板5上的唯一开孔6相连通。

将共振腔设计为矩形腔，其长l为100mm，宽w为80mm，腔1的高度h₁为30mm，腔2的高度h₂为50mm。

将管道均设计为圆形截面，且管道壁厚t_p均为2mm，主管4内径d_p设计为40mm；旁支管3内径d₁为20mm，长度l₁为60mm。

设计隔板5的厚度t_b为2mm，隔板5上的孔6为圆孔，孔6的直径d₂为5mm。

根据上述参数设计可得：

A₁为旁支管3的内截面面积，即

l₁为旁支管3的长度，即l₁＝60mm；

V₁为与旁支管3相连的腔1的体积，即V₁＝lwh₁＝240000mm³；

A₂为孔6的截面积，即

l₂为孔6的高度，其值等于隔板5的厚度，即l₂＝t_b＝2mm；

V₂为腔2的体积，需要用腔2所围成的长方形体积减去旁支管3所占用部分的体积，即V₂＝lwh₂-π(d₁+2t_p)²/4×h₂＝377380.53mm³；

将参数化为国际单位制后代入双腔共振式消声器的传递损失公式，并取声速为340m/s，则可以计算该消声器的传声损失（如图3）。可知本发明在较低的频率范围内可以形成两个消声峰，因此能够有效的抑制频率在消声峰值附近的噪声。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.双腔共振式消声器，其特征在于：包括主管道、旁支管道、上共振腔和下共振腔；所述上共振腔和下共振腔以串联的方式设置于主管道相连的旁支管道上；所述上共振腔通过旁支管道与主管道连接；所述下共振腔通过双腔之间隔板上的管道或者开孔与上共振腔连接；所述上共振腔和下共振腔为在低频范围内产生两个不同的共振频率的共振腔；

所述双腔共振式消声器的共振频率满足以下方程：

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1};$

式中：f_1，2表示双腔共振式消声器的共振频率，c₀为介质中的声速；A_i为管道或开孔横截面的面积；l_i为管道的长度或开孔的高度；V_i为腔体的体积；A_P为主管道的管径；i为1或2以角标形式表示上腔或下腔的对应参数；

所述双腔共振式消声器的传递损失满足以下方程：

$\mathrm{TL}=10\lg \{1+{\left[\frac{\mathrm{\ω}{c}_0{A}_1^2}{2A_P}\frac{\mathrm{\β}{k}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2}{(k_1-{\mathrm{\ω}}^2{A}_1{l}_1)(\mathrm{\β}{k}_2-{\mathrm{\ω}}^2{A}_2{l}_2)-k_{12}^2}\right]}^2\};$

其中： $k_1=\frac{c_0^2{A}_1^2}{V_1};k_{12}=\frac{c_0^2{A}_1{A}_2}{V_1};k_2=\frac{c_0^2{A}_2^2}{V_2};\mathrm{\β}=1+\frac{V_2}{V_1};\mathrm{\ω}=2\mathrm{\πf}$

式中：TL表示传递损失；f为不同的声波频率。