CN104167203B - 宽频片式消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽频片式消声器，其包括消声片外壳，由两侧的穿孔吸声面板、上下盖板和两端封头组成，两穿孔吸声面板的内侧均设置有一定厚度的微粒吸声板，微粒吸声板与穿孔吸声面板之间填充一定厚度的吸声材料制作成吸声层，吸声材料采用三聚氰胺或玻璃棉，两微粒吸声板之间设置有隔板，隔板、微粒吸声板与消声片外壳围成一定厚度的空腔，所述空腔仅通过微粒吸声板上的连通孔隙与外界连通，该空腔作为背腔而形成微孔共振吸声结构，该消声器在低、中、高频段均具有优良的吸声性能，可保持与常规片式消声器相同的外形结构，以便于采用原有的工艺和生产线进行生产。

Description

宽频片式消声器

技术领域

本发明涉及一种片式消声器。

背景技术

片式消声器被广泛用来消除风机等噪声。其结构是在消声器外壳内填入多孔吸声材料，多孔材料一般采用玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉等无机材料。

常规阻性片式消声器通常在中高频消声性能方面表现良好，然而在低频消声性能方面，则差强人意，这是由多孔吸声材料的特性所决定的。因此，如何对现有片式消声器进行改进，使其同样具有较好的低频吸声性能，是目前较为热门的一个研究方向。

微穿孔板吸声结构是一种结构简单，吸声性能佳的吸声结构，可以通过调节微穿孔板的孔径、孔距、穿孔率、板厚、空腔尺寸等参数改变微穿孔板吸声结构的吸声特性。微穿孔板吸声结构为一箱式结构，其包括朝向声源一侧的微穿孔板，微穿孔板与通常为刚性板的背板相对，四周由侧板将二者连接，微穿孔板与背板之间为空气层所在的背腔，背板、侧板上均无开孔，背腔仅经由微穿孔板上的孔与外界相通。常规的微穿孔板想要在500Hz以下的低频范围内获得较好的吸声性能，只能选择较大的空腔，即空气层厚度要比较厚，需达到400mm以上，这在实际应用中受到较大的限制，而且由于微穿孔板吸声结构的吸声频带较窄，通常不超过2个倍频带，共振吸声系数较低。

是否能够将微穿孔板吸声结构与常规阻性片式消声器的结构进行有机组合，从而形成一种在低、中、高频均有较佳吸声性能的宽频片式消声器呢。

发明内容

为克服现有片式消声器低频吸声性能较差的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种在低、中、高频均有较佳吸声性能的宽频片式消声器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：宽频片式消声器，包括消声片外壳，消声片外壳包括两侧的穿孔吸声面板，两穿孔吸声面板的内侧均设置有微孔吸声板，微孔吸声板与穿孔吸声面板之间填充吸声材料制作成吸声层，两微孔吸声板之间设置有隔板，隔板、微孔吸声板与消声片外壳之间形成空腔，所述空腔仅通过微孔吸声板上的孔与外界连通。

所述微孔吸声板采用微粒吸声板，所述微孔吸声板采用微粒吸声板，所述微粒吸声板包括粘结剂和微粒，所述微粒外表面覆盖一层粘结剂，覆盖粘结剂后的微粒的角形系数小于1.3；所述微粒包括骨架颗粒和填充颗粒，骨架颗粒构成吸声板骨架，填充颗粒进入骨架颗粒间的孔隙形成吸声缝隙。

所述微粒吸声板所采用的微粒为20～60目的风积沙。

所述微粒吸声板所采用的微粒为40～60目的风积沙。

所述微粒吸声板的厚度不超过10mm。

所述微粒吸声板的内部设置有加强筋。

所述空腔的厚度H=40～100mm。

所述吸声材料的厚度为50～100mm。

所述吸声材料采用阻性吸声材料。

所述消声片外壳由两侧的穿孔吸声面板、上下盖板和两端封头组成。

所述隔板设置于两微孔吸声板之间的中间位置，且隔板上设置有筋板。

本发明的有益效果是：在低、中、高频段均具有优良的吸声性能，可保持与常规片式消声器相同的外形结构，以便于采用原有的工艺和生产线进行生产。

附图说明

图1是常规片式消声器的结构示意图。

图2是本发明宽频片式消声器的主视图。

图3是图2的左视图。

图4是图2的俯视图。

图5是图2中采用的微粒吸声板的微观结构示意图。

图6是图2中采用的微粒吸声板的微观结构的另一示意图。

图7是本发明的实施例1与同规格常规片式消声器的吸声系数曲线图。

图中标记为：微粒1、连通缝隙2、半连通缝隙3、穿孔吸声面板4、空腔5、盖板6、封头7、加强筋8、隔板9、微粒吸声板10、吸声层11、吸声填充材料12、支承钉13、加强筋板14、筋板15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见图1，常规片式消声器包括由两侧的穿孔吸声面板4、上下盖板6和两端封头7组成的消声片外壳，消声片外壳内设置有加强筋板14和吸声填充材料12，穿孔吸声面板1上连接有布置在片式消声器的厚度方向上的多根支承钉13，支承钉13的长度与片式消声器的厚度相适配，支承钉13在穿孔吸声面板4的板面上间隔地布置。

如图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的宽频片式消声器包括消声片外壳，消声片外壳包括两侧的穿孔吸声面板4，两穿孔吸声面板4的内侧均设置有微孔吸声板，微孔吸声板与穿孔吸声面板4之间填充吸声材料制作成吸声层11，两微孔吸声板之间设置有隔板9，隔板9、微孔吸声板与消声片外壳之间形成空腔5，所述空腔5仅通过微孔吸声板上的孔与外界连通，空腔5作为背腔，内置的微孔吸声板、隔板9与消声片外壳共同形成微孔共振吸声结构，在一定程度上改善了低频消声性能，同时又以微孔吸声板固定吸声材料，从而可保留吸声层11，保留了传统片式阻性消声器所优良的中高频消声性能，得到了一种宽频的片式消声器。换句话说，宽频片式消声器的低频特性是由微孔吸声板及空腔所形成的共振腔贡献的，而中、高频特性是由吸声材料贡献的。

根据现有理论，微孔共振吸声结构的吸声性能与穿孔率、背腔厚度、孔径、板厚有关。低的穿孔率虽然对吸声峰值有利，但是吸声频带不宽，单独改变穿孔率不能同时获得高的吸声系数和宽的吸声频带。如果背腔厚度减小，低频的吸声性能下降，而高频的吸声系数有所上升；如果背腔厚度增加，吸声系数的峰值将向低频移动，低频吸声性能随着背腔厚度的增加有所改善。孔径对吸声系数的最大值有很明显的影响，吸声系数随孔径的减小而迅速增加，孔径的减小还同时可以拓宽吸声频带，但加工很小的穿孔孔径会给加工工艺带来困难，增加成本。微穿孔板的吸声系数随着板厚的增加而增加，原因也是短管增加，导致声阻增加。同时还发现板厚增加，吸声系数峰值向低频方向移动。因此，微孔共振吸声结构还未得到广泛的应用。

根据发明人近期的研究，所述微孔吸声板除可以采用微穿孔板以外，更推荐采用微粒吸声板10，就该种微粒吸声板，申请人于2014年7月22日向中国国家知识产权局提交了申请号为2014103477351的发明申请“一种微粒吸声板及其制备方法”,所述微粒吸声板10是由不同直径的微粒1先外裹一层粘结剂后再相互连结而成，覆盖粘结剂后的微粒1的角形系数小于1.3，更接近圆球形的微粒外形有利于在微粒之间形成间隙所述微粒1包括较大粒径的骨架颗粒和较小粒径的填充颗粒，骨架颗粒相互靠结，构成吸声板骨架，填充颗粒由于粒径小，可进入骨架颗粒间的间隙，而形成小于所述间隙的缝隙，所述缝隙包括能够与相邻缝隙相通的连通缝隙2和不能够与相邻缝隙相通的半连通缝隙3，连通缝隙2相当于曲折的微孔，使得微粒吸声板10同样能够形成微孔共振吸声结构，并且由于微粒直径的不同，形成了大小不完全相同的连通缝隙2，从而在较宽的吸声频带都具有良好的低频吸声效果，同时半连通缝隙3的存在使得微粒吸声板10兼具一定的隔声效果，极大的改善了低频消声性能。当宽频声波进入宽频片式消声器后，中、高频声波进入吸声层11时，引起缝隙中的空气振动。由于摩擦和空气的粘滞阻力,使一部分声能转变成热能；此外，孔隙中的空气与孔壁、纤维之间的热传导，也会引起热损失，使声能衰减。当低频声波进入微粒吸声板10时，不同直径的微粒相互挤靠而形成的缝隙相当于一个个不同直径的微孔，与其后的空腔形成一个典型的微孔共振结构。每个不同直径的微孔都相对应有一个共振峰值，当把数个不同的共振峰值叠加在一起时，对外就呈现出能跨越100-800Hz频宽的共振峰。

经实际监测，这种宽频片式消声器在低频段的吸声系数比传统的阻性消声器提高了近一倍，亦优于单纯的采用微穿孔板制作的同样厚度背腔的微孔共振吸声结构的消声性能。

发明人进一步研究还发现，选择合适的微粒形状尤其是选择适当角形系数的微粒，并选择适当的微粒配比就能获得更多有利于吸声的连通缝隙2。为保证缝隙的均匀分布与缝隙大小的一致性，微粒的圆度是十分重要的。若微粒呈多边形,微粒间的间隙将会变小。以各种形状的物体紧密挤靠形成的缝隙相比，圆形物体挤靠形成的间隙为最大。因此，为得到更好的低频吸声性能，所述微粒吸声板所采用的微粒1为20～60目的风积沙，其吸声系数可以从100-800Hz都具有0.57以上。

根据发明人的研究，以微粒吸声板做成微孔共振吸声结构时，所述微粒吸声板的厚度在一定范围内越厚，低频吸声性能越好，但在超过10mm之后，性能改善已经不明显，因此建议微粒吸声板的厚度不超过10mm，以减轻整台消声器的质量，兼顾吸声性能和经济性。

由于微粒吸声板为粘结而成，且厚度不厚，为了增加强度，最好在所述微粒吸声板的内部设置有加强筋，常规的，加强筋可以是一层金属格栅或一片高强度塑料网等。

根据发明人的研究，所述空腔5的厚度建议在H=40～100mm，过薄则低频吸声性能改善不太明显，过厚虽然性能更好，但整台消声器的尺寸过大。

根据发明人的研究，所述吸声材料的厚度为50～100mm，过薄则中高频吸声性能不够好，过厚虽然性能更好，但整台消声器的尺寸过大。

建议吸声材料采用阻性吸声材料，推荐采用容重为4kg/m³的离心玻璃棉或6～8kg/m³三聚氰胺，以减轻整台消声器的质量。

此外，为保证本发明宽频片式消声器与现有片式消声器外观上的一致性，以便于采用相同的生产线完成制作，所述消声片外壳由两侧的穿孔吸声面板4、上下盖板6和两端封头7组成。

实施例1：

参见图1，如图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的宽频片式消声器包括消声片外壳，由两侧的穿孔吸声面板4、上下盖板6和两端封头7组成，两穿孔吸声面板4的内侧均设置有10mm厚度的微粒吸声板10，微粒吸声板10所采用的微粒为40～60目的风积沙，微粒吸声板10与穿孔吸声面板4之间填充50mm厚度的吸声材料制作成吸声层11，吸声材料采用容重为24kg/m³的超细玻璃棉，两微粒吸声板10之间设置有隔板9，隔板9、微粒吸声板10与消声片外壳之间形成厚度为40mm的空腔5，所述空腔5仅通过微粒吸声板10上的连通孔隙2与外界连通，空腔5作为背腔，微粒吸声板10、隔板9与消声片外壳共同形成微孔共振吸声结构。

以上述宽频片式消声器与外形尺寸相同的常规阻性片式消声器进行性能比较，结果如下表1所示：

表1 宽频片式消声器与阻性片式消声器垂直入射吸声系数对比表

频段(Hz)	100	125	160	200	250	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	平均
															A	0.01	0.08	0.11	0.15	0.22	0.30	0.38	0.37	0.60	0.78	0.87	0.93	0.98	0.47
B	0.16	0.23	0.32	0.43	0.54	0.65	0.70	0.78	0.97	0.96	0.95	0.95	0.99	0.71

注：A-阻性片式消声器，B-宽频片式消声器。

实施例2：

参见图1，如图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的宽频片式消声器包括消声片外壳，由两侧的穿孔吸声面板4、上下盖板6和两端封头7组成，两穿孔吸声面板4的内侧均设置有30mm厚度的微粒吸声板10，微粒吸声板10所采用的微粒为40～60目的风积沙，微粒吸声板10与穿孔吸声面板4之间填充50mm厚度的吸声材料制作成吸声层11，吸声材料采用容重为24kg/m³的超细玻璃棉，两微粒吸声板10之间设置有隔板9，隔板9、微粒吸声板10与消声片外壳之间形成厚度为20mm的空腔5，所述空腔5仅通过微粒吸声板10上的连通孔隙2与外界连通，空腔5作为背腔，微粒吸声板10、隔板9与消声片外壳共同形成微孔共振吸声结构。其性能与实施例1相似，但成本高于实施例1。

Claims (9)

1.宽频片式消声器，包括消声片外壳，消声片外壳包括两侧的穿孔吸声面板（4），其特征是：两穿孔吸声面板（4）的内侧均设置有微孔吸声板，微孔吸声板与穿孔吸声面板（4）之间填充吸声材料制作成吸声层（11），两微孔吸声板之间设置有隔板（9），隔板（9）、微孔吸声板与消声片外壳之间形成空腔（5），所述空腔（5）仅通过微孔吸声板上的孔与外界连通；所述微孔吸声板采用微粒吸声板（10），所述微粒吸声板（10）包括粘结剂和微粒（1），所述微粒（1）外表面覆盖一层粘结剂，覆盖粘结剂后的微粒（1）的角形系数小于1.3；所述微粒（1）包括骨架颗粒和填充颗粒，骨架颗粒构成吸声板骨架，填充颗粒进入骨架颗粒间的孔隙形成吸声缝隙。

2.如权利要求1所述的宽频片式消声器，其特征是：所述微粒吸声板（10）所采用的微粒（1）为20～60目的风积沙。

3.如权利要求1所述的宽频片式消声器，其特征是：所述微粒吸声板（10）所采用的微粒（1）为40～60目的风积沙。

4.如权利要求1所述的宽频片式消声器，其特征是：所述微粒吸声板（10）的厚度不超过10mm。

5.如权利要求1、2、3或4所述的宽频片式消声器，其特征是：所述空腔（5）的厚度H=40～100mm。

6.如权利要求1、2、3或4所述的宽频片式消声器，其特征是：所述吸声材料的厚度为10～100mm。

7.如权利要求1、2、3或4所述的宽频片式消声器，其特征是：所述吸声材料采用阻性吸声材料。

8.如权利要求1、2、3或4所述的宽频片式消声器，其特征是：所述消声片外壳由两侧的穿孔吸声面板（4）、上下盖板（6）和两端封头（7）组成。

9.如权利要求1、2、3或4所述的宽频片式消声器，其特征是：所述隔板（9）设置于两微孔吸声板之间的中间位置，且隔板（9）上设置有筋板。