CN106401697A - 一种柴油发电机组用复合型消声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于内燃机消音降噪领域的消声器，具体说是一种柴油发电机组用复合型消声器，包括进气管、与进气管串联的阻性消声结构、设置在阻性消声结构内部的抗性消声结构、以及与阻性消声结构串联的出气管；共振穿孔板与一级抗性挡板和二级抗性挡板共同形成三个扩张腔室，由进气管至出气管的方向顺序排列为：扩张腔室Ⅰ、扩张腔室Ⅱ和扩张腔室Ⅲ。阻性消声与抗性消声两种结构的串联使用，获得了更加宽广的消音频率带范围；利用不同的膨胀比，提高排气气流通过频率，使消声器具有较高的消声峰值，增大消声量。具有宽广的消音频率带，体积小、结构简单、传递损失低，整体重量轻的特点。同时利用金属管和金属板实现了提高防腐功能的效果。

Description

一种柴油发电机组用复合型消声器

技术领域

本发明涉及应用于内燃机消音降噪领域的消声器，具体说是一种柴油发电机组用复合型消声器，可应用在高性能静音柴油发电机组消音系统中。

背景技术

排烟消声器按其原理可分为阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合型消声器等。抗性消声器利用管道上突变的截面或旁接共振腔，使沿管道传播的某些频率声波，在突变的截面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。抗性消声器具有良好的中、低频消声特性。阻性消声器可视为吸收能量型消声器，其利用声波在多孔吸声材料中通过，因摩擦和粘滞阻力，引发多空材料的振动，将声波能量转化为动能、热能等其他形式能量耗散掉，从而达到降低声波能量，实现消声的目的。阻性消声器具有良好的中、高频消声效果。

阻抗复合式消声器是把阻性消声器和抗性消声器优势组合使用，使其在更宽的频率带范围内取得较好的消声效果。

随着柴油发电机组制造技术的发展，用户对机组的噪声指标要求日益严苛，对高性能静音柴油发电机组要求体积小、重量轻、低噪声，且性能可靠，传统消声器体积大，结构简单，降噪频带窄，降噪量有限，且不兼顾防腐、隔热、降低排放烟度等功能，与高性能柴油发电机组不匹配。

二级消声器虽然消声量优于一级消声器，但其体积、长度决定所需安装空间大于一级消声器，对空间尺寸、安装方式有特殊要求的发电机组不适用。因此需研制消声频带宽、体积小、重量轻、低传递损失的高效一级排烟消声器，兼顾防腐、降低红外特性及排放烟度的消声器，对提升高性能柴油发电机组的整体声学性能具有重要意义。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种柴油发电机组用复合型消声器，解决了现有技术中一级消声器消声频带窄、体积偏大、不隔热等问题，具有耐腐蚀、消声频带宽、传递损失小、降低排放烟度及重量轻等特点。

本发明的技术解决方案为：

一种柴油发电机组用复合型消声器，包括进气管、与进气管串联的阻性消声结构、设置在阻性消声结构内部的抗性消声结构、以及与阻性消声结构串联的出气管，所述阻性消声结构由消声器外壳、吸声材料和共振穿孔板以由外向内的顺序组成；所述抗性消声结构包括一级抗性消声结构和二级抗性消声结构；所述一级抗性消声结构由一级抗性挡板和一级内插管组成，一级内插管垂直穿过一级抗性挡板焊接固定，共振穿孔板垂直于一级抗性挡板焊接固定；所述二级抗性消声结构由二级抗性挡板和二级内插管组成，二级内插管垂直穿过二级抗性挡板焊接固定，共振穿孔板垂直于二级抗性挡板焊接固定；所述一级内插管为2个，对称分布在一级抗性挡板的边缘；所述二级内插管为4个，平均分布在二级抗性挡板的边缘；所述一级内插管的单体横截面积大于二级内插管的单体横截面积，一级内插管的总体横截面积小于二级内插管的总体横截面积；所述共振穿孔板与一级抗性挡板和二级抗性挡板共同形成三个扩张腔室，由进气管至出气管的方向顺序排列为：扩张腔室Ⅰ、扩张腔室Ⅱ和扩张腔室Ⅲ。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1，阻性消声与抗性消声两种结构的串联使用，使得消声器整体获得了更加宽广的消音频率带范围；

2，利用不同的膨胀比，提高排气气流通过频率，使消声器具有较高的消声峰值，增大消声量；

3，消声器具有宽广的消音频率带，体积小、结构简单、传递损失低，整体重量轻的特点；

4，同时利用钛合金内插管和不锈钢板制成的抗性挡板实现了提高防腐功能的效果；

5，声尖劈采用圆锥体结构，使得气流相对于声尖劈流阻低，可对中、高频噪声进行有效吸声；

6，声尖劈内填充不锈钢丝，可降低排放烟度，增强消声器环保性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明第一消声腔结构示意图；

图3为本发明第二消声腔结构示意图；

图4为本发明第三消声腔结构示意图；

图5为本发明进气接口结构示意图；

图6为本发明排气接口结构示意图。

其中，1、进气管，12、进气法兰，2、阻性消声结构，21、消声器外壳，22、吸声材料，23、共振穿孔板，3、抗性消声结构，31、一级抗性消声结构，311、一级抗性挡板，312、一级内插管，32、二级抗性消声结构，321、二级抗性挡板，322、二级内插管，4、出气管，42、出气法兰，10、声尖劈，91、扩张腔室Ⅰ，92、扩张腔室Ⅱ，93、扩张腔室Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

其中，为了便于本领域技术人员理解，采用内部、外部、头部、尾部等词汇并结合附图加以说明，说明书附图1中，所有的元件位于图的左侧部分为头部，所有的元件位于图的右侧部分为尾部，穿孔管相对于消声器外壳、吸声材料、共振穿孔板的位置是内部，消声器外壳之外是外部。

实施例1：

一种柴油发电机组用复合型消声器，包括进气管、与进气管串联的阻性消声结构、设置在阻性消声结构内部的抗性消声结构、以及与阻性消声结构串联的出气管，所述阻性消声结构由消声器外壳、吸声材料和共振穿孔板以由外向内的顺序组成。

阻性消声结构中，共振穿孔板不仅起到支撑作用，同时也是共振消声结构，增强消声器声学性能；通过吸声材料吸收能量，中、高频的噪音通过吸声材料进行吸收消音。共振穿孔板上具有穿孔，噪音通过穿孔达到吸声材料处，是穿孔率（面积比）为42%的共振穿孔板。吸声材料（22）是长丝质玻璃纤维，为了保证消音效果，填充体积比优选为30%~36%的长丝质玻璃纤维。填充材料增强吸声效果的同时具备隔热功能，可防止烫伤，提高机组红外特性。

外壳与消声器两端的端盖焊接；进气管穿过头部端盖，与端盖焊接；出气管穿过尾部端盖，与端盖焊接。

所述抗性消声结构包括一级抗性消声结构和二级抗性消声结构；所述一级抗性消声结构由一级抗性挡板和一级内插管组成，一级内插管垂直穿过一级抗性挡板焊接固定，共振穿孔板垂直于一级抗性挡板焊接固定；所述二级抗性消声结构由二级抗性挡板和二级内插管组成，二级内插管垂直穿过二级抗性挡板焊接固定，共振穿孔板垂直于二级抗性挡板焊接固定；一级、二级内插管为钛合金材料制成的内插管。

所述一级内插管为2个，对称分布在一级抗性挡板的边缘；

所述二级内插管为4个，平均分布在二级抗性挡板的边缘；

所述一级内插管的单体横截面积大于二级内插管的单体横截面积，一级内插管的总体横截面积小于二级内插管的总体横截面积；

所述共振穿孔板与一级抗性挡板和二级抗性挡板共同形成三个扩张腔室，由进气管至出气管的方向顺序排列为：扩张腔室Ⅰ、扩张腔室Ⅱ和扩张腔室Ⅲ。

为了提高防腐性，一级抗性挡板和二级抗性挡板是由4mm厚不锈钢板制成的金属板，面密度大，强度好，在振动和气流冲击下不易产生辐射噪声，可对中、低频噪声进行有效阻隔。

扩张腔室Ⅰ、扩张腔室Ⅱ和扩张腔室Ⅲ的膨胀比不同；其中，扩张腔室Ⅰ的膨胀比大于扩张腔室Ⅱ的膨胀比，扩张腔室Ⅱ的膨胀比大于扩张腔室Ⅲ的膨胀比；其中一腔通过频率为另一腔最大消声频率，可扩大消声频率范围，原因如下：

由于消声器内高温高速气流通过，扩张比的增加可以提高消声器传递损失的峰值，与此同时，由于高频失效的存在会缩短有效消声频段，不同结构的扩张腔会存在一个临界扩张比，在临界扩张比处会出现一个压力损失的峰值。因此，三个膨胀腔室通过前述的不同膨胀比的设计，能够避开临界扩张比，三消声腔腔长各不相同，能够使得消声器具有良好的声学性能和空气动力学性能。不同膨胀比可提高排气气流通过频率，使消声器具有较高的消声峰值，增大消声量。

抗性消声结构中，利用一级内插管、一级抗性挡板的组合和二级内插管、二级抗性挡板的组合，实现了排气管道（本实施例中的共振穿孔板围成的通道）的截面突变，并且扩张腔室Ⅰ与进气管形成共振消声腔，高温高速气流经进气管进入共振消声腔，使噪音在突变的截面处发生反射、干涉等现象，达到消声的目的，实现中、低频的噪音通过吸声材料进行吸收消音。同时，共振穿孔板、吸声材料依然能够保持对中、高频噪声的消音特性。

本实施例采用的上述技术方案，实现阻性消声与抗性消声两种结构的串联使用，使得消声器整体获得了更加宽广的消音频率带范围；同时，利用不同的膨胀比，提高排气气流通过频率，使消声器具有较高的消声峰值，增大消声量。现对于现有技术中的多止挡结构、多内插管结构，以及过多的直角或弯角结构，本实施例提供的技术方案具有在满足宽广的消音频率带的基础上，体积小（只有两组内插管设置在消声器内）、结构简单（直线串联，少直角或弯角结构）、传递损失低（利用两种不同的膨胀比），整体重量轻的特点。同时利用金属管（钛合金内插管）和金属板（不锈钢板制成的抗性挡板）实现了提高防腐功能的效果。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提出了一种优选的结构。

所述一级内插管位于扩张腔室Ⅰ内的长度为扩张腔室Ⅰ的四分之一，所述一级内插管位于扩张腔室Ⅱ内的长度为扩张腔室Ⅱ的二分之一；

所述二级内插管位于扩张腔室Ⅱ内的长度为扩张腔室Ⅱ的四分之一，所述二级内插管位于扩张腔室Ⅲ内的长度为扩张腔室Ⅲ的二分之一。

相对于实施例1中的技术方案，本实施例提供的技术方案属于实施例1中的一种优选方案，使得扩张腔室Ⅰ、扩张腔室Ⅱ和扩张腔室Ⅲ之间的膨胀比设计的更加合理，传递损失效果更低，吸音效果更好。

实施例3：

在前述所有实施例的基础上，为了进一步提高吸音效果，本实施例提供了一种改进的技术方案。

所述出气管位于扩张腔室Ⅲ内部的管路头部增设一个声尖劈。声尖劈与排气管焊接，声尖劈采用圆锥体结构，这种结构使得气流相对于声尖劈流阻低，可对中、高频噪声进行有效吸声；声尖劈的圆锥面上设置有多个用于排气的通孔，通孔的开孔率根据柴油机排气特性设计；所述声尖劈内填充不锈钢丝，可降低排放烟度，增强消声器环保性。

前述所有实施例中，所述进气管位于扩张腔室Ⅰ内部的管路设计为进气穿孔管。进气穿孔管具有增大出口面积，提高高温气体流速的效果。同时，为了便于使用中按照，进气管的头部具有进气法兰，所述出气管的尾部具有出气法兰；进气法兰与出气法兰分别焊接在进气管头部和出气管尾部。

本发明工作原理：

高温废气由进气管进入扩张腔室Ⅰ（或者如前文所述称为共振消声腔），经过第一次扩张消声，在扩张腔室Ⅰ内经吸声材料实现声波能量消耗，中、高频的噪音通过吸声材料进行吸收消音；高温废气再经两组内插管流入扩张腔室Ⅱ及扩张腔室Ⅲ，由于截面突变，使噪音在突变的截面处发生反射、干涉等现象，达到消声的目的，实现中、低频的噪音通过吸声材料进行吸收消音；接着经过声尖劈，声尖劈采用圆锥体结构，可对中、高频噪声进行有效吸声，最后高温废气由排气管流出，完成消声器消声降噪功能。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种柴油发电机组用复合型消声器，包括进气管（1）、与进气管（1）串联的阻性消声结构（2）、设置在阻性消声结构（2）内部的抗性消声结构（3）、以及与阻性消声结构（2）串联的出气管（4），所述阻性消声结构（2）由消声器外壳（21）、吸声材料（22）和共振穿孔板（23）以由外向内的顺序组成；

其特征在于：所述抗性消声结构（3）包括一级抗性消声结构（31）和二级抗性消声结构（32）；

所述一级抗性消声结构（31）由一级抗性挡板（311）和一级内插管（312）组成，一级内插管（312）垂直穿过一级抗性挡板（311）焊接固定，共振穿孔板（23）垂直于一级抗性挡板（311）焊接固定；

所述二级抗性消声结构（32）由二级抗性挡板（321）和二级内插管（322）组成，二级内插管（322）垂直穿过二级抗性挡板（321）焊接固定，共振穿孔板（23）垂直于二级抗性挡板（321）焊接固定；

所述一级内插管（312）为2个，对称分布在一级抗性挡板（311）的边缘；

所述二级内插管（322）为4个，平均分布在二级抗性挡板（321）的边缘；

所述一级内插管（312）的单体横截面积大于二级内插管（322）的单体横截面积，一级内插管（312）的总体横截面积小于二级内插管（322）的总体横截面积；

所述共振穿孔板（23）与一级抗性挡板（311）和二级抗性挡板（321）共同形成三个扩张腔室，由进气管（1）至出气管（4）的方向顺序排列为：扩张腔室Ⅰ（91）、扩张腔室Ⅱ（92）和扩张腔室Ⅲ（93）。

2.根据权利要求1所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述一级内插管（312）位于扩张腔室Ⅰ（91）内的长度为扩张腔室Ⅰ（91）的四分之一，所述一级内插管（312）位于扩张腔室Ⅱ（92）内的长度为扩张腔室Ⅱ（92）的二分之一；

所述二级内插管（322）位于扩张腔室Ⅱ（92）内的长度为扩张腔室Ⅱ（92）的四分之一，所述二级内插管（322）位于扩张腔室Ⅲ（93）内的长度为扩张腔室Ⅲ（93）的二分之一。

3.根据权利要求2所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述出气管（4）位于扩张腔室Ⅲ（93）内部的管路头部具有圆锥体结构的声尖劈（10）。

4.根据权利要求4所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述声尖劈（10）内填充不锈钢丝。

5.根据权利要求2所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述进气管（1）位于扩张腔室Ⅰ（91）内部的管路是进气穿孔管。

6.根据权利要求1~5任一项所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述进气管（1）的头部具有进气法兰（12），所述出气管（4）的尾部具有出气法兰（42）。

7.根据权利要求1~5任一项所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述吸声材料（22）是填充体积比为30%~36%的长丝质玻璃纤维。

8.根据权利要求1~5任一项所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：共振穿孔板（23）是穿孔率（面积比）为42%的共振穿孔板。

9.根据权利要求1~5任一项所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述一级内插管（312）和二级内插管（322）是由钛合金材料制成的金属管。

10.根据权利要求1~5任一项所述的一种柴油发电机组用复合型消声器，其特征在于：所述一级抗性挡板（311）和二级抗性挡板（321）是由4mm厚不锈钢板制成的金属板。