CN103486394A - 一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，包括主管道、套筒活塞、外管道及套筒位置调节装置，主管道的中段为开设有微穿孔的穿孔管，套筒活塞紧贴套设在主管道的外侧，套筒活塞的头部设有圆盘，套筒活塞的尾部与套筒位置调节装置连接，外管道的一端密封连接在主管道上，外管道的另一端通过端盖连接在套筒活塞的外侧，并使套筒活塞的圆盘与外管道的内壁贴合连接，外管道、主管道及圆盘围成扩张腔，该扩张腔与主管道的流体通道通过微穿孔相连通，起到消声的作用，套筒位置调节装置驱动套筒活塞在主管道上轴向滑动，调节扩张腔及穿孔管的有效长度，进而调节消声器的消声频率。与现有技术相比，本发明具有结构简单、消声频率可调等优点。

Description

一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器
技术领域
本发明涉及一种消声器，尤其是涉及一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，属于消声降噪环保技术领域。
背景技术
微穿孔板吸声结构在上世纪七十年代由马大猷院士提出以后，得以快速发展。它不需要多孔吸声材料，仅采用微穿孔板结构就可以获得宽频带的良好吸声效果。后来又扩展到微穿孔管消声器的工程应用中。微穿孔吸声结构具有耐高温、抗腐蚀等优点，同时可用于高速气流、潮湿的恶劣环境中。而且它结构简单，加工安装方便可靠。因此在建筑和工业消声中得到了广泛应用。但是在工业的管道消声中，传统的消声器结构固定，仅仅对某个频率段的噪声具有较好的消声效果，其他频率段的消声效果较差。而工业用的发动机、电机、风机等旋转机械的管道噪声频率一般随转速而变化，在此情况下，固定结构的消声器很难对管道噪声一直保持较好的消声效果。因此，很有必要对传统固定结构的微穿孔管消声器进行改进。
中国专利CN101539231B公布了一种基于具有部分穿孔的穿孔管消声器的可调频消声器。它包括筒体，设置于筒体中间的穿孔管，筒体内设置有固定套筒和移动套筒，筒体与固定套筒、移动套筒之间形成第一环形共振腔，固定套筒、移动套筒与穿孔管之间形成第二共振腔，移动套筒与移动套筒轴向位置调节机构连接。该消声器主要用于降低充液管路系统中的中低频噪声，由于频率可调，可以有效拓宽消声器的消声频带，同时可以根据噪声频率的不同来精确调节消声器的消声频率，从而可使消声器达到最佳的消声效果。但是该消声器结构复杂，体积较大，制造及维护均不方便，不利于在中小型旋转机械如燃料电池汽车噪声控制上推广应用。
发明内容
本发明的目的就是为了针对传统消声器消声频带单一的不足，而提供一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，包括主管道，所述的主管道的内部为连接噪声源用流体通道，消声器还包括套筒活塞、外管道及套筒位置调节装置，所述的主管道的中段为开设有微穿孔的穿孔管，所述的套筒活塞紧贴套设在主管道的外侧，且套筒活塞的头部设有圆盘，套筒活塞的尾部与套筒位置调节装置连接，所述的外管道的一端密封连接在主管道上，外管道的另一端通过端盖连接在套筒活塞的外侧，并使套简活塞的圆盘与外管道的内壁贴合连接；
所述的外管道的内壁、主管道的外壁及套筒活塞的圆盘围成扩张腔，该扩张腔与主管道的流体通道通过微穿孔相连通，起到消声的作用，套筒位置调节装置驱动套筒活塞在主管道上轴向滑动，调节扩张腔及穿孔管的有效长度，扩张腔及穿孔管共同起消声作用，进而调节消声器的消声频率。针对频率变化的管道噪声，该消声器通过调节套筒活塞，可以一直保持最佳的消声效果。
进一步地，所述的套筒位置调节装置包括齿条、齿轮、电机及电机控制器，所述的齿条固定在套筒活塞的外壁上，所述的齿轮与齿条啮合，所述的电机驱动齿轮转动，所述的电机控制器联动控制电机的运转，电机控制器根据旋转机械的转速以及转速与噪声频率间的关系，通过电机和齿轮带动齿条及套筒活塞沿主管道的轴向移动，改变扩张腔和穿孔管有效长度，进而调节消声器的消声频率。
进一步地，所述的端盖与外管道通过螺钉可拆卸式连接，端盖作为圆盘移动的右止点，防止圆盘轴向位移过大而离开外管道，所述的端盖限制圆盘的移动距离在端盖与外管道另一端之间，所述的端盖上开设有防止套筒活塞轴向移动时形成真空的通气孔，通气孔保证套筒活塞移动的灵活性。
进一步地，所述的圆盘与外管道内壁接触面开有凹槽，凹槽内设有防止扩张腔内的气流和声音进入大气的密封圈。
进一步地，所述的穿孔管上开设的微穿孔的直径为0.1～2mm，穿孔管上微穿孔的穿孔率为1～5％，穿孔管的管壁厚度为0.5～2mm。在实际应用中，可根据实际消声目标确定穿孔管上微穿孔的参数值。
进一步地，所述的主管道的一端与旋转机械的排气管道或进气管道连接，所述的旋转机械包括发动机、电机或风机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)结构简单，体积小巧，制造及维护方便，利于在中小型旋转机械如燃料电池汽车空辅系统风机的噪声控制上推广应用；
(2)本发明的消声器针对燃料电池汽车空辅系统的变频噪声，通过改变穿孔管及扩张腔的有效长度，实现消声器消声频率可调的功能。
(3)本发明的消声器通过调节最大消声量对应频率，可以在很宽频带内保持良好的消声效果，弥补了传统的阻性和抗性消声器的中频消声效果差的缺点。
附图说明
图1为本发明的消声器结构的主视剖面图；
图2为本发明的消声器改变穿孔段长度时的消声效果图。
图中，1为主管道，2为穿孔管，3为外管道，4为圆盘，5为密封圈，6为端盖，7为螺钉孔，8为通气孔，9为套筒活塞，10为齿条，11为齿轮，12为电机，13为电机控制器，I为扩张腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，如图1所示，包括主管道1，主管道1的内部为连接噪声源用流体通道，实际应用中，主管道1的一端与发动机、电机或风机等旋转机械的排气管道或进气管道连接。消声器还包括套筒活塞9、外管道3及套筒位置调节装置。主管道1的中段为开设有微穿孔的穿孔管2，穿孔管2上开设的微穿孔的直径为0.1～2mm，穿孔管2上微穿孔的穿孔率为1～5％，穿孔管2的管壁厚度为0.5～2mm。套筒活塞9紧贴套设在主管道1的外侧，且套筒活塞9的头部设有圆盘4，套筒活塞9的尾部与套筒位置调节装置连接，其中，套筒位置调节装置包括齿条10、齿轮11、电机12及电机控制器13，齿条10固定在套筒活塞9的外壁上，齿轮11与齿条10啮合，电机12驱动齿轮11转动，电机控制器13联动控制电机12的运转，电机控制器13根据旋转机械的转速以及转速与噪声频率间的关系，通过电机12和齿轮11带动齿条10及套筒活塞9沿主管道1的轴向移动，改变扩张腔I和穿孔管2有效长度，进而调节消声器的消声频率。外管道3的一端密封连接在主管道1上，外管道3的另一端通过端盖6连接在套筒活塞9的外侧，并使套筒活塞9的圆盘4与外管道3的内壁贴合连接，端盖6上设有螺钉孔7，端盖6通过螺钉与外管道3可拆卸式连接，端盖6作为圆盘4移动的右止点，限制圆盘4的移动距离在端盖6与外管道3另一端之间，端盖6上开设有防止套筒活塞9轴向移动时形成真空的通气孔8，通气孔8保证套筒活塞9移动的灵活性。圆盘4与外管道3内壁接触面开有凹槽，凹槽内设有防止扩张腔内的气流和声音进入大气的密封圈5。外管道3的内壁、主管道1的外壁及套筒活塞9的圆盘4围成扩张腔I，该扩张腔I与主管道1的流体通道通过微穿孔相连通，起到消声的作用，套筒位置调节装置驱动套筒活塞9在主管道1上轴向滑动，调节扩张腔I及穿孔管2的有效长度，扩张腔I及穿孔管2共同起消声作用，进而调节消声器的消声频率。针对频率变化的管道噪声，该消声器通过调节套筒活塞9，可以一直保持最佳的消声效果。
由于传统的消声器结构固定，对于某些频段的噪声消声效果较好，其他频段噪声消声效果较差。通常管道中的噪声随发动机、电机或风机等旋转机械的转速而变化。当气流和声音在如图1所示的消声器主管道1内传播时，穿孔管2和扩张腔I对声波能量有所衰减，因此从主管道1右端传播出来的声音会比左端进入消声器的声音有所降低，即体现了消声器的消声效果。
对于本发明的消声器，当改变扩张腔I和穿孔管2的有效长度时，消声特性如图2所示。图中L1、L2、L3表示扩张腔I或穿孔管2的有效长度，且L1<L2<L3，可以发现，在一定频率范围内，当扩张腔I和穿孔管2的长度增大时，最大消声量对应的频率逐渐降低。因此，对于本发明，首先可以通过理论方法或数值方法计算不同穿孔段长度时的最大消声量对应频率，然后可以拟合出该频率随穿孔段长度变化的公式，确定两者间的关系。并根据此关系设定电机控制器，实际应用中，根据需要控制噪声的旋转机械的转速以及转速和噪声频率间的倍频关系，电机控制器控制电机运转，电机驱动齿轮，齿轮带动齿条及套筒活塞轴向移动，从而改变穿孔管和扩张腔的有效长度，使得消声器的最大消声量对应频率正好位于目标噪声频率处，这样即可获得目标噪声频率处最好的消声效果。旋转机械的转速变化时，消声器随之调节穿孔段长度，即可一直保持良好的消声效果。

Claims (6)

1.一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，包括主管道(1)，所述的主管道(1)的内部为连接噪声源用流体通道，其特征在于，消声器还包括套筒活塞(9)、外管道(3)及套筒位置调节装置，所述的主管道(1)的中段为开设有微穿孔的穿孔管(2)，所述的套筒活塞(9)紧贴套设在主管道(1)的外侧，且套筒活塞(9)的头部设有圆盘(4)，套筒活塞(9)的尾部与套筒位置调节装置连接，所述的外管道(3)的一端密封连接在主管道(1)上，外管道(3)的另一端通过端盖(6)连接在套筒活塞(9)的外侧，并使套筒活塞(9)的圆盘(4)与外管道(3)的内壁贴合连接；
所述的外管道(3)的内壁、主管道(1)的外壁及套筒活塞(9)的圆盘(4)围成扩张腔(I)，该扩张腔(I)与主管道(1)的流体通道通过微穿孔相连通，起到消声的作用，套筒位置调节装置驱动套筒活塞(9)在主管道(1)上轴向滑动，调节扩张腔(I)和穿孔管(2)的有效长度，进而调节消声器的消声频率。
2.根据权利要求1所述的一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其特征在于，所述的套筒位置调节装置包括齿条(10)、齿轮(11)、电机(12)及电机控制器(13)，所述的齿条(10)固定在套筒活塞(9)的外壁上，所述的齿轮(11)与齿条(10)啮合，所述的电机(12)驱动齿轮(11)转动，所述的电机控制器(13)联动控制电机(12)的运转，电机控制器(13)根据旋转机械的转速以及转速和噪声频率的关系，通过电机(12)和齿轮(11)带动齿条(10)及套筒活塞(9)沿主管道(1)的轴向移动，改变扩张腔(I)和穿孔管(2)有效长度，进而调节消声器的消声频率。
3.根据权利要求1所述的一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其特征在于，所述的端盖(6)与外管道(3)通过螺钉可拆卸式连接，所述的端盖(6)限制圆盘(4)的移动距离在端盖(6)与外管道(3)另一端之间，所述的端盖(6)上开设有防止套筒活塞(9)轴向移动时形成真空的通气孔(8)。
4.根据权利要求1所述的一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其特征在于，所述的圆盘(4)与外管道(3)内壁接触面开有凹槽，凹槽内设有防止扩张腔内的气流和声音进入大气的密封圈(5)。
5.根据权利要求1所述的一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其特征在于，所述的穿孔管(2)上开设的微穿孔的直径为0.1～2mm，穿孔管(2)上微穿孔的穿孔率为1～5％，穿孔管(2)的管壁厚度为0.5～2mm。
6.根据权利要求1所述的一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其特征在于，所述的主管道(1)的一端与旋转机械的排气管道或进气管道连接，所述的旋转机械包括发动机、电机或风机。
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