CN104006260B - 水管路稳流宽频带消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水管路稳流宽频带消声器，包括输水管和消声器外壳，固定连接有输水管的消声器外壳壳体一端内侧面上固定安装有扩张穿孔管；在所述消声器外壳的另一端位置固定设置有端板；在该端板上还固定连接有分流穿孔管，在该分流穿孔管内端的端口位置固定设置有节流环；所述扩张穿孔管的内径大于分流穿孔管的外径，扩张穿孔管的内端与分流穿孔管的内端有间隙地相互固定套接，所述输水管的过流截面积小于端板孔过流截面积与分流穿孔管的过流截面积之和。该稳流宽频带消声器不仅能实现水管路的宽频带消声，而且能有效稳定水管路出口端的流场，降低水喷流速度和压力，从而有效降低水管路端口噪声，实现了稳流和宽频带消声的效果。

Description

水管路稳流宽频带消声器

技术领域

本发明涉及一种消声技术装备，尤其涉及水管路系统水动力噪声的消声器。

背景技术

在水管路系统中，泵、阀门、弯头以及通道截面突变都会产生流体动力性噪声，而且这种通过管路传播的噪声几乎不随传播距离的增加而衰减，最终从管道端口直接向外辐射，形成严重的辐射噪声源。此外，水管路中的水从管口流出时，由于出口端流场产生突变，水将以喷流的形式流出，水喷流速度和喷流压力的脉动也会引发管路振动并产生喷射噪声。尤其对于船舶、潜艇等艇内空间狭小或具有其它战术技术性要求的舰船，管路噪声及其管端口噪声显得尤为突出。因此，对于舰船而言，水管路噪声不仅影响船舶的隐蔽性和设备运行的安全可靠性，而且也会对海洋声学环境产生较大影响。

虽然水管道与空气管道中的压力脉动存在显著的区别：首先空气噪声和水噪声具有不同的介质，空气介质的特性阻抗和水的特性阻抗相差3000多倍；其次常用于空气介质中的吸声、隔声材料在液体介质中基本是透声的，还有空气的压缩性好，空气中的消声器大都工作在较低压力下，而水管路消声器要承受很宽的工作压力范围，因此水消声器和空气消声器在消声机理上存在很大的差异。尽管在空气消声器已经发展较为成熟，但人们对水管路消声器的研究相对较少，由于水和空气这两种流体介质性质的差异，水管路消声器的设计并不能完全借鉴或照搬空气消声器的设计方法，因此对水管路消声器的研究显得十分必要和迫切。

中国专利申请201310009357.1公开了一种串接于水管路中的压力自平衡水动力噪声器，它是在穿孔管段的外侧套装有桶装壳体，在穿孔管段和桶装壳体之间填充有可压缩弹性元件，从而构成了一蓄能器消声结构，虽然该噪声消声器能抑制管路中压力脉动，具有降低管路噪声的作用，但其消声频带较窄，难以抑制宽频水动力噪声，更不能稳定管路出口端的喷射流场，降低端口喷射噪声，而恰恰这种端口振动和噪声的幅射效率高，对环境和舰艇的隐蔽性影响最为直接。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种水管路稳流宽频消声器，它不仅能实现水管路的宽频带消声，而且能有效稳定水管路出口端的流场，降低水喷流速度和压力，从而有效降低水管路端口辐射噪声和喷流产生的二次噪声。

为了解决上述技术问题，本发明的一种水管路稳流宽频带消声器，包括输水管和消声器外壳，该输水管穿过消声器外壳的一端而固定连接于消声器外壳的壳体上，固定连接有输水管的消声器外壳壳体一端内侧面上固定安装有扩张穿孔管，该扩张穿孔管的内径大于输水管的外径；在所述消声器外壳的另一端位置固定设置有端板，该端板上设置有端板孔；在该端板上还固定连接有分流穿孔管，该分流穿孔管伸向消声器外壳的壳体内，在该分流穿孔管内端的端口位置固定设置有节流环；所述扩张穿孔管的内径大于分流穿孔管的外径，扩张穿孔管的内端与分流穿孔管的内端有间隙地相互固定套接，所述输水管的过流截面积小于端板孔过流截面积与分流穿孔管的过流截面积之和。

所述端板上各端板孔的过流截面积之和大于或等于分流穿孔管过流截面积。

所述输水管以及扩张穿孔管均为圆形管，该扩张穿孔管的内径与输水管的内径之比为1.5～2.0。

所述节流环为圆环结构，所述分流穿孔管为圆形管，分流穿孔管的内径与节流环的内径之比为1.5～2.0。

所述扩张穿孔管的内端与分流穿孔管的内端通过支撑板有间隙地相互固定套接。

所述输水管、扩张穿孔管和分流穿孔管的管中心线处于同一直线上。

所述扩张穿孔管管壁上的扩张管穿孔的孔径等于分流穿孔管管壁上的分流管穿孔的孔径；

扩张穿孔管上穿孔率为15%—30%；分流穿孔管上的穿孔率为15%—30%。

所述扩张管穿孔和分流管穿孔的孔径均为6—20mm。

所述消声器外壳包括圆管段和椭圆封头，圆管段和椭圆封头相互密封连接。

在上述结构中，由于固定安装于消声器外壳壳体内侧面的扩张穿孔管及消声器壳体截面尺寸均大于输水管直径，沿输水管进入的流道形成膨胀结构，声波在该管道截面的突扩造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射、干涉现象，从而有效实现了一次中低频噪声的消声。又由于扩张穿孔管采用管壁穿孔结构，穿孔的阻尼作用将声能转化为热能而耗散，大大降低噪声脉动，扩张穿孔管上的穿孔在流体粘性作用下产生阻尼实现了对高频噪声的一次消声；并且当系统固有频率与噪声频率相同时产生共振，消耗声能最多。还由于在分流穿孔管的端口设置有节流环，一方面通过节流环进入分流穿孔管的流道膨胀，声波在该管道截面又发生突扩造成该通道内声阻抗突变，在该管道再次发生反射、干涉现象，形成二次的中低频噪声消声；另一方面节流环的分流作用，迫使水流分别沿扩张穿孔管上的扩张管穿孔、扩张穿孔管与分流穿孔管间的间隙流道以及节流环内孔流道分流，使水流的流速大大降低，水流压力减少，有效地抑制喷流产生的二次噪声。再由于分流穿孔管也同样采用管壁穿孔结构，它不仅利用该管壁穿孔的阻尼作用再次降低噪声脉动，实现对高频噪声的二次消声和共振消声；而且该管壁穿孔实现了分流穿孔管管壁两侧的水压平衡，出水水流更加稳定。采用上述结构后，从分流穿孔管和端板孔流出的水流速度和喷射距离在大大降低，流场得此稳定，水压得以平抑，既大幅度减轻了水流流体的喷射噪声，又避免水流冲击所引发的振动和噪声。因此本发明采用流道膨胀、多孔多路分流原理产生稳定流场，降低出水端口处水喷流速度和射流距离；采用声波反射与小孔阻尼吸声原理，利用膨胀、节流、分流、共振和阻尼吸声的合理匹配，实现宽频（50-10000Hz）消声效果；采用突扩与节流、管壁穿孔实现在外形尺寸受限条件下全频段10dB以上的消声量。由于采用了多孔多路分流式设计，不仅可以做到流动阻力低，还可以有效地防止海生物的生长且方便清理。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明水管路稳流宽频带消声器作进一步详细的说明。

图1是本发明水管路稳流宽频带消声器一种实施方式的具体结构示意图；

图2是图1所示结构中扩张穿孔管的结构示意图；

图3是图1所示结构中分流穿孔管的结构示意图；

图4是图1所示结构中端板的结构示意图。

图中，1—连接法兰、2—输水管、3—消声器外壳、4—扩张穿孔管、5—扩张管穿孔、6—支撑板、7—节流环、8—分流穿孔管、9—分流管穿孔、10—端板孔、11—端板、12—端板中心孔。

具体实施方式

在图1所示的水管路稳流宽频带消声器中，消声器外壳3由圆管段和椭圆封头段组成，圆管段和椭圆封头通过焊接相互固定密封连接在一起；当然该消声器外壳3也可以通过整体成型而成。圆管结构的输水管2的一端穿过消声器外壳3的椭圆封头而固定连接于消声器外壳3的壳体上，输水管2的另一端固定连接有连接法兰1，以便将消声器安装于水管路上。在所述消声器外壳3上固定连接有输水管的椭圆封头一端的壳体内侧面上固定安装有扩张穿孔管4。如图2所示，该扩张穿孔管4为圆管结构，在扩张穿孔管4的管壁上均匀地设置有112个孔径为直径15mm的扩张管穿孔5，扩张穿孔管4的穿孔率选择在15%—30%，扩张穿孔管4的内径大于输水管2的内径，该扩张穿孔管4内径与输水管2内径之比优先选择为1.5—2.0，以在流道形成膨胀结构。

在消声器外壳3的另一端位置通过焊接固定连接有端板11。如图4所示，端板11呈圆板结构，在端板11的圆心位置有用于连接分流穿孔管8的端板中心孔12，在端板板面的同一圆周上均匀分布有12个直径为30mm的端板孔10。端板11上焊接有分流穿孔管8，该分流穿孔管8伸向消声器外壳3的壳体内；如图3所示，分流穿孔管8也为圆管结构，在分流穿孔管8的管壁上均匀地设置有16个孔径也为直径15mm的分流管穿孔9，其穿孔率也选择在15%—30%。在分流穿孔管9伸向壳体一端的端口位置固定设置有节流环7，节流环7采用圆环结构，其外径与分流穿孔管9的内径相适应，内径为流道圆孔。考虑到节流环7的分流作用以及流道的膨胀结构，分流穿孔管8的内径与节流环7的内径之比最好选择为1.5—2.0。扩张穿孔管4的内径大于分流穿孔管8的外径，使得扩张穿孔管4的内端与分流穿孔管8的内端能有间隙地相互套接，扩张穿孔管4的内端和分流穿孔管8的内端是通过三个板状的支撑板6使得两者相互有间隙地固定套接，从而在该间隙形成流道。

为了实现稳流和平抑水流压力，降低水喷流速度和喷射距离，用于进水的输水管2的过流截面积小于端板孔10的过流截面积与分流穿孔管2的过流截面积之和；为了保证水流从消声器出口端平稳均匀流出，端板11上各个端板孔10的过流截面积之和大于或者等于分流穿孔管8的过流截面积。在本实施中，输水管2的过流截面积为输水管的管内横截面积，分流穿孔管8的过流截面积也为分流穿孔管的管内横截面积，端板孔10的过流截面积为端板孔的孔面积。呈圆管结构的输水管2、扩张穿孔管4和分流穿孔管8的管中心线均处于同一直线上，以减少流道阻力，均衡流道流速。扩张管穿孔5和分流管穿孔9的孔径优先选择为6—20mm。

Claims (10)

1.一种水管路稳流宽频带消声器，包括输水管（2）和消声器外壳（3），该输水管（2）穿过消声器外壳（3）的一端而固定连接于消声器外壳（3）的壳体上，其特征在于：固定连接有输水管（2）的消声器外壳（3）壳体一端内侧面上固定安装有扩张穿孔管（4），该扩张穿孔管（4）的内径大于输水管（2）的外径；在所述消声器外壳（3）的另一端位置固定设置有端板（11），该端板（11）上设置有端板孔（10）；在该端板（11）上还固定连接有分流穿孔管（8），该分流穿孔管（8）伸向消声器外壳（3）的壳体内，在该分流穿孔管（8）内端的端口位置固定设置有节流环（7）；所述扩张穿孔管（4）的内径大于分流穿孔管（8）的外径，扩张穿孔管（4）的内端与分流穿孔管（8）的内端有间隙地相互固定套接，所述输水管（2）的过流截面积小于端板孔（10）过流截面积与分流穿孔管（8）的过流截面积之和。

2.根据权利要求1的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述端板（11）上各端板孔（10）的过流截面积之和大于或等于分流穿孔管（8）过流截面积。

3.根据权利要求1的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述输水管（2）以及扩张穿孔管（4）均为圆形管，该扩张穿孔管（4）的内径与输水管（2）的内径之比为1.5～2.0。

4.根据权利要求1的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述节流环（7）为圆环结构，所述分流穿孔管（8）为圆形管，分流穿孔管（8）的内径与节流环（7）的内径之比为1.5～2.0。

5.根据权利要求1的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述扩张穿孔管（4）的内端与分流穿孔管（8）的内端通过支撑板（6）有间隙地相互固定套接。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：输水管（2）、扩张穿孔管（4）和分流穿孔管（8）的管中心线处于同一直线上。

7.根据权利要求1～5中任一项的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述扩张穿孔管（4）管壁上的扩张管穿孔（5）的孔径等于分流穿孔管（8）管壁上的分流管穿孔（9）的孔径。

8.根据权利要求7的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：扩张穿孔管（4）上穿孔率为15%—30%；分流穿孔管（8）上的穿孔率为15%—30%。

9.根据权利要求7的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述扩张管穿孔（5）和分流管穿孔（9）的孔径均为6—20mm。

10.根据权利要求1～5中任一项的所述的水管路稳流宽频带消声器，其特征在于：所述消声器外壳（3）包括圆管段和椭圆封头，圆管段和椭圆封头相互密封连接。