CN107387200B - 一种消声主频可调的船用排气消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消声主频可调的船用排气消声器，属于船用柴油机排气噪声控制技术领域，包括膨胀腔、伸缩装置及驱动装置，驱动装置通过伸缩装置使套管转动，螺纹结构间相对转动，驱动插管实现插管进口位置的调整。低速电动机通过驱动齿轮驱动传动齿轮转动，传动齿轮通过法兰与驱动套管固结并控制其进行轴向转动，套管通过自身的内螺纹结构驱动具有外螺纹结构的插管进行轴向前进与后退。本发明通过伸缩装置调节进口插管的深入长度，从而实现了调整消声器工况的功能，能够适应更多的实际工况，提高了工作效率，节省了时间及工作成本；此外，本发明的驱动装置整体通过计算机控制，能够在适当的条件下进行工况适应，从而达到快速调节的设备需求。
Description
技术领域
本发明属于船用柴油机排气噪声控制技术领域，具体涉及一种消声主频可调的船用排气消声器。
背景技术
现有公知的用于柴油机的普通排气消声器的形式有吸收式、干涉式、扩张式或共振式等结构的排气消声器，而普通排气消声器通常由共振室、膨胀室和一组多孔的管子构成，有的还在普通排气消声器内充填耐热的吸声材料，其工作原理是通过多次改变气流方向，使气流重复通过收缩又扩张的断面将气流分割成许多分支流，以此消耗废气的能量，并平衡气流的压力波。这种结构形式的普通排气消声器有其独到的特点，能将发动机工作时产生的废气排出并消声，但过大的消声量使发动机的功率损失增大。
在柴油机的排气过程中，由于压力的变化以及振动常导致产生大量噪声，消声器的主要作用就是用来衰减这些噪声，消声器通常使用衰减室或反射室以引导排气通过。消声器固有的问题是消声器的效率依赖于具体的工作参数。船用柴油机排气噪声甚为严重，并且在实际工作过程中，其工作状态往往不能保持在同一稳定状况，不同工作状态的排气噪声有着不同的主要贡献频率基频，这使得消声器在工作过程中的针对性减弱。在消声器的设计生产过程中，由于计算误差以及生产误差，使得对某单频噪声进行主要控制的消声器产品很难达到其所需理想消声性能。
为了使得消声器能够在实际应用中，可以更准确的适应不同工况，本发明公开了一种消声主频可调的船用排气消声器，该消声器通过伸缩装置及驱动装置，将传统消声器的结构不可动形式进行了改进，使得其进口插管变为可调节，从而让消声器在实际工作过程中可适应不同工况的变换，改进了传统消声器不能与实际工况完美匹配的现状。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可快速调节并且能够匹配不同工作状态、满足不同工况同时能完美匹配实际工况的消声主频可调的船用排气消声器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明公开了一种消声主频可调的船用排气消声器，包括膨胀腔1、伸缩装置及驱动装置，膨胀腔1与伸缩装置之间通过密封结构连接，伸缩装置与膨胀腔1共同组成共振腔；
伸缩装置包括插管4及套管11，插管4后端外表面具有外螺纹结构，套管11前端内表面具有内螺纹结构，插管4与套管11通过螺纹结构套接在一起；
插管4通过第一滑动轴承3安装在膨胀腔1内部，套管11后端通过第二滑动轴承7固定，尾端通过法兰连接有传动齿轮8，传动齿轮8与驱动装置相连接；
驱动装置包括驱动电机9及PLC逻辑控制电路，驱动电机9通过驱动齿轮10与传动齿轮8啮合。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的插管4为上下贯穿的中空圆柱体结构，外部具有凸缘，材料为高硬度材料；外螺纹结构在插管4外表面呈间隔式分布，螺纹长度小于插管4的长度；外螺纹结构的每一段螺纹都具有一定的攻角，螺纹齿面采用大夹角结构。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的内螺纹结构的螺纹形状及分布形式与外螺纹结构相同。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的密封结构为旋转副密封，包括密封端盖5、填料12与垫片13，密封端盖5内在插管4凸缘前端通过垫片13与膨胀腔1轴向压紧，密封端盖5与插管4凸缘间采用填料12填充。
优选的，所述的垫片(13)的材料为金属材料。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的第一滑动轴承3包括上下两个部分，表面开有滑槽，两部分结合处开有脂润滑沟槽；第一滑动轴承3与膨胀腔1之间通过支撑肋板2进行支撑。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的第二滑动轴承7外安装有滑动轴承座6进行支撑。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的驱动电机9为双向低速电机，驱动装置通过PLC逻辑控制电路控制驱动电机9旋转的圈数。
对于一种消声主频可调的船用排气消声器，所述的驱动齿轮10两端设有凸台。
本发明的有益效果在于：
本发明公开的一种消声主频可调的船用排气消声器，通过伸缩装置调节进口插管的深入长度，从而实现了调整消声器工况的功能，能够适应更多的实际工况，提高了工作效率，节省了时间及工作成本；
同时，本发明使用旋转副密封的密封方式，克服了传统密封消声器中密封腔与插管之间由于使用焊接方式而导致两者之间无法相对运动的弊端，同时本发明的密封结构中的垫片采用金属材料，不仅能起到轴向支撑作用，还可降低高温烟气受垫圈与插管间的间隙挤压后的压力和温度；
此外，本发明的驱动装置整体通过计算机控制，能够在适当的条件下进行工况适应，从而达到快速调节的设备需求。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中B-B方向的结构示意图；
图3为本发明中A-A方向的结构示意图；
图4为本发明中插管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
结合图1、图2及图3，本发明公开了一种消声主频可调的船用排气消声器，包括膨胀腔1、伸缩装置及驱动装置，膨胀腔1与伸缩装置之间通过密封结构连接，伸缩装置与膨胀腔1共同组成共振腔；
伸缩装置包括插管4及套管11，插管4后端外表面具有外螺纹结构，套管11前端内表面具有内螺纹结构，插管4与套管11通过螺纹结构套接在一起，套管11轴向自由度固定，通过自身的内螺纹结构驱动具有外螺纹结构的插管4进行轴向前进与后退，从而达到调节消声器进口插管长度的功能，进而达到调节消声器工况的目的；
插管4通过第一滑动轴承3安装在膨胀腔1内部，第一滑动轴承3包括上下两个部分，表面开有滑槽，滑槽用来固定限制插管4只可进行轴向运动；第一滑动轴承3两部分结合处开有脂润滑沟槽，用于放置脂润滑油，对轴承进行脂润滑；第一滑动轴承3与膨胀腔1之间通过支撑肋板2进行支撑。
套管11后端通过第二滑动轴承7固定，第二滑动轴承7外部安装有滑动轴承座6进行支撑，第二滑动轴承7尾端通过法兰连接有传动齿轮8，传动齿轮8与驱动装置相连接；
驱动装置包括驱动电机9及PLC逻辑控制电路，驱动电机9为双向低速电机，驱动装置即为通过PLC逻辑控制电路控制的双向低速电机，通过电机的正转与反转实现结构伸缩的机能；由于消声器的结构调节应保证精确稳定，故采用低速电机进行微调精确驱动，并采用PLC逻辑控制保证电机旋转的圈数，驱动装置整体由计算机控制，在适当的条件下进行工况适应以达到快速调节的设备需求。
驱动电机9通过驱动齿轮10与传动齿轮8啮合，驱动齿轮10两端设有凸台，对传动齿轮8具有一定的限位作用，防止产生齿轮脱开的情况。
总体来说，驱动装置通过伸缩装置使套管转动，螺纹结构间相对转动，从而驱动插管实现插管进口位置的调整。低速电动机9通过驱动齿轮10驱动传动齿轮8进行转动，传动齿轮8通过法兰与驱动套管11固结并控制其进行轴向转动，套管11通过自身的内螺纹结构驱动具有外螺纹结构的插管4进行轴向前进与后退，进而达到调节消声器工况的目的。
结合图3，本实施例中密封结构包括密封端盖5、填料12与垫片13，密封端盖5内在插管4凸缘前端通过垫片13与膨胀腔1轴向压紧，密封端盖5与插管4凸缘间采用填料12填充，其中，所述的垫片(13)的材料为金属材料。
密封结构主要为旋转副密封，密封对象为高温烟气。传统的密封腔消声器其密封腔与插管间没有相对运动，一般采用焊接工艺进行密封。在本发明中为了达到调节工况的功能，插管需要进行转动故需进行旋转副密封。垫圈为金属材料一方面能起到轴向支撑的作用，另一方面也能够使高温烟气通过垫圈与插管间的间隙挤压后降低压力和温度。
结合图4，插管4为上下贯穿的中空圆柱体结构，外部具有凸缘，材料为高硬度材料；插管4的外螺纹结构在插管4外表面呈间隔式分布，螺纹长度小于插管4的长度；外螺纹结构的每一段螺纹都具有一定的攻角，螺纹齿面采用大夹角结构。套管11的内螺纹结构的螺纹形状及分布形式与外螺纹结构相同。
由于插管4与套管11工作处在高温烟气中，工作环境恶劣，而为了较好的调整插管4前进后退，需要保证套管11与插管4的螺纹具有一定的精度保证传动机构的正常运行。本实施例中采用了具有一定螺纹传动自洁功能的内螺纹结构，采用类似螺纹攻丝结构的非全螺纹结构，每段螺纹具有一定的攻角，并且采用较大的螺纹齿面夹角保证传动效率，在传动中使得插管4可以对产生腐蚀或者附着的粗糙齿面进行清洁，保证装置的结构稳定性，同时使插管材料硬度高于套管，即插管4的运动对于套管11有一定的切削能力，例如插管材料使用45#钢，套管材料使用锡青铜。
工况的调节依赖于插管4插入长度的多少，对于具有确定膨胀腔结构的消声器其插管插入长度对于工况的影响需通过实验与仿真进行计算，给出相应的逻辑控制算法，并引用该算法通过计算机来控制设备的调节过程。
本实施例还可描述为：
结合图1及图2，驱动电机9通过驱动齿轮10驱动传动齿轮8进行转动，传动齿轮8通过法兰与驱动套管11固结进行轴向转动，套管11通过自身的内螺纹结构驱动具有外螺纹结构的插管4进行轴向前进与后退，以上过程达到了调节消声器进口插管长度的功能，进而达到调节消声器工况的目的。
结合图3，插管4由滑动轴承3进行支撑，并且在滑动轴承3上设计了滑槽以限制插管4随套管11转动，滑动轴承3与支撑肋板2进行连接达到支撑的目的。滑动轴承3由上下两部分组成，在轴承结合面上留有脂润滑沟槽。
消声器的工况主要决定于腔体结构，本实施例通过设计一种伸缩机构调整消声器进口插管的插入深度来达到调整消声器工况的目的。
本发明包含有一种共振腔消声器以及相应的工况适应装置，共振腔消声器包含共振腔与管路结构，工况调整机构包括驱动装置，传动装置，密封装置以及伸缩机构。
所述密封机构主要为旋转副密封，密封对象为高温烟气。传统的密封腔消声器其密封腔与插管间没有相对运动，一般采用焊接工艺进行密封。在本发明中为了达到调节工况的功能，插管需要进行转动故需进行旋转副密封。密封结构包括填料、垫圈、密封端盖。垫圈为金属材料一方面起到轴向支撑限位，一方面使高温烟气通过垫圈与插管间的间隙挤压后降低压力和温度。填料与密封端盖对结构进行密封。
所述的驱动装置为PLC逻辑控制双向低速电机，首先保证电机可以正转与反转实现结构伸缩的机能。其次由于消声器的结构调节应保证精确稳定，故采用低速电机进行微调精确驱动，并采用PLC逻辑控制保证电机旋转的圈数，驱动装置整体由计算机控制，在适当的条件下进行工况适应以达到快速调节的设备需求。
所述的传动装置为齿轮机构，驱动齿轮连接在电机上，传动齿轮通过法兰盘连接在套管上，驱动齿轮两端设有凸台，对传动齿轮具有一定的限位作用，防止产生齿轮脱开的情况。伸缩机构驱动由插管与套管组成，二者通过螺纹连接，套管轴向自由度固定，只可以进行转动，插管由滑动轴承的滑槽固定限制其转动只可进行轴向运动。驱动装置通过传动装置使套管转动，螺纹传动驱动插管实现管路进口位置的调整。插管与套管均由轴承支撑，保证其稳定性，由于伸缩机构间时工作并且其运动为低速轻载，所以考虑对轴承进行脂润滑，无需安装润滑装置。
工况的调节依赖于插管插入长度的多少，对于具有确定膨胀腔结构的消声器其插管插入长度对于工况的影响需通过实验与仿真进行计算，给出相应的逻辑控制算法，并引用该算法通过计算机来控制设备的调节过程。
由于插管与套管工作处在高温烟气中，工作环境恶劣，而为了较好的调整插管前进后退，需要保证套管与插管的螺纹具有一定的精度保证传动机构的正常运行。这里采用了具有一定螺纹传动自洁功能的内螺纹结构，采用类似螺纹攻丝结构的非全螺纹结构，每段螺纹具有一定的攻角，并且采用较大的螺纹齿面夹角保证传动效率。在传动中使得插管可以对产生腐蚀或者附着的粗糙齿面进行清洁，保证装置的结构稳定性。同时使插管材料硬度高于套管，即插管的运动对于套管有一定的切削能力，例如插管为45#钢套管采用锡青铜。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种消声主频可调的船用排气消声器，包括膨胀腔(1)、伸缩装置及驱动装置，其特征在于：
膨胀腔(1)与伸缩装置之间通过密封结构连接，伸缩装置与膨胀腔(1)共同组成共振腔；
伸缩装置包括插管(4)及套管(11)，插管(4)后端外表面具有外螺纹结构，套管(11)前端内表面具有内螺纹结构，插管(4)与套管(11)通过螺纹结构套接在一起；
插管(4)通过第一滑动轴承(3)安装在膨胀腔(1)内部，套管(11)后端通过第二滑动轴承(7)固定，尾端通过法兰连接有传动齿轮(8)，传动齿轮(8)与驱动装置相连接；
驱动装置包括驱动电机(9)及PLC逻辑控制电路，驱动电机(9)通过驱动齿轮(10)与传动齿轮(8)啮合；
所述的密封结构为旋转副密封，包括密封端盖(5)、填料(12)与垫片(13)，密封端盖(5)内在插管(4)凸缘前端通过垫片(13)与膨胀腔(1)轴向压紧，密封端盖(5)与插管(4)凸缘间采用填料(12)填充；所述的垫片(13)的材料为金属材料。
2.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的插管(4)为上下贯穿的中空圆柱体结构，外部具有凸缘，材料为高硬度材料；外螺纹结构在插管(4)外表面呈间隔式分布，螺纹长度小于插管(4)的长度；外螺纹结构的每一段螺纹都具有一定的攻角，螺纹齿面采用大夹角结构。
3.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的内螺纹结构的螺纹形状及分布形式与外螺纹结构相同。
4.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的第一滑动轴承(3)包括上下两个部分，表面开有滑槽，两部分结合处开有脂润滑沟槽；第一滑动轴承(3)与膨胀腔(1)之间通过支撑肋板(2)进行支撑。
5.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的第二滑动轴承(7)外安装有滑动轴承座(6)进行支撑。
6.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的驱动电机(9)为双向低速电机，驱动装置通过PLC逻辑控制电路控制驱动电机(9)旋转的圈数。
7.根据权利要求1所述的一种消声主频可调的船用排气消声器，其特征在于：所述的驱动齿轮(10)两端设有凸台。
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