CN107504474A - 一种片式消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种片式消声器，包括围成消音腔的壳体，至少所述壳体的顶壁和底壁设置有连通所述消音腔的通孔，其特征在于，还包括格室组件，所述格室组件包括本体，所述本体具有若干两端开口且纵向延伸的腔体，各所述腔体之间彼此独立且长度不同；本发明所提供的片式消声器在使用时，气流可以自格室组件的各腔体流过，不同长度的腔体具有很好的宽频带、高吸收性能，对气流噪音起到很好的吸收性能。

Description

一种片式消声器

技术领域

本发明涉及噪音处理技术领域，特别涉及一种片式消声器。

背景技术

卧式余热锅炉是燃气电厂常用的一种锅炉。随着国家环保政策和噪声排污收费标准的日益严格以及人们对噪声意识增强，卧式余热锅炉的噪声控制已成为燃气电厂正常运行的重要技术经济指标。作为燃气电厂的主要噪声源，卧式余热锅炉具有噪声频谱宽、低频噪声“钝化”严重、传播距离远、衰减慢等特点，因此有效控制卧式余热锅炉噪声是控制燃气电厂整体噪声水平的关键。

如何有效降噪是本领域内技术人员一直研究的课题。

发明内容

本发明提供一种片式消声器，包括围成消音腔的壳体，至少所述壳体的顶壁和底壁设置有连通所述消音腔的通孔，还包括格室组件，所述格室组件包括本体，所述本体具有若干两端开口且纵向延伸的腔体，各所述腔体之间彼此独立且长度不同。

可选的，所述格室组件设置于所述消音腔的内部，自所述壳体的底壁的通孔进入的气流经经所述格室组件的各所述腔体后，由所述顶壁的通孔流出。

可选的，所述格室组件的本体一端密封连接所述壳体的顶壁或者底壁，每一所述腔体至少对应一个或者几个所述顶壁或者底壁上的通孔。

可选的，所述格室组件的本体与所述消音腔的周壁周向密封。

可选的，所述格室组件设置于所述壳体的顶壁或者底壁的外表面，所述格室组件的本体一端密封连接所述壳体的顶壁或者底壁，每一所述腔体至少对应一个或者几个所述顶壁或者底壁上的通孔。

可选的，所述本体包括若干长度不等的隔板，相邻所述隔板形成所述腔体。

可选的，所述格室组件包括至少两个格室单元，各所述格室单元具有至少两个不同长度的腔体，沿所述片式消声器宽度和厚度方向均排列有至少一个所述格室单元。

可选的，所述格室组件中的腔体与所述顶壁或者底壁上的通孔一一对应。

可选的，所述格室组件的各腔体的气流进口或者气流出口还覆盖有玻璃纤维布。

本发明所提供的片式消声器在使用时，气流可以自格室组件的各腔体流过，不同长度的腔体具有很好的宽频带、高吸收性能，对气流噪音起到很好的吸收性能。

附图说明

图1为噪声通过穿孔板的示意图；

图2a为片式消声器仅具有消音腔的示意图；

图2b为片式消声器消音腔中具有多个等长度空腔的示意图

图3为本发明一种具体实施方式中片式消声器中具有格室组件的局部示意图；

图4为与图3所示四个不同长度腔体等价的电路图；

图5为本发明一种具体实施例中格室单元的示意图。

图6为本发明一种具体实施例中片式消声器的噪声系数与现有技术片式消声器的噪声系数的对比曲线图。

其中，图1、图3中：

穿孔板1’；

顶壁10、通孔10a。

具体实施方式

近年来，国内外在关于燃气电厂中设备及厂界屏障噪声特性与控制等方面取得了一些成果，如燃气电厂的厂界噪声测试、设备测试、机力通风冷却塔的测试与噪声控制，电力设计单位开展的全场噪声预估，而卧式余热锅炉的生产厂商主要研究换热效率、排烟温度、内部换热管的振动等指标上，对噪声主要考虑炉壁材料和工艺等方面，并未形成针对性较强的成熟关键技术。截止目前，对卧式余热锅炉的噪声控制方面，尚未明确卧式余热锅炉的噪声传播特性，只能凭借工程经验对卧式余热锅炉进行噪声控制设计。尤其是在卧式余热锅炉低频噪声“钝化”、中高频噪声等产生原因分析、计算方法、低频噪声控制和设计方法上、烟囱圆腔消声器设计等方面还缺乏有效的技术和应用支撑。

传统中烟囱消声器通常包括多个片式消声器，片式消声器的长度达2米，各片式消声器平行于烟囱轴向面，并且各片式消声器之间具有一定间隙。片式消声器为具有空腔的壳体结构，壳体的四周一般均设置有通孔，即壳体包括周壁、顶壁和底壁，周壁、顶壁和底壁三者围成空腔，通常周壁、底壁和顶壁上均设置有连通空腔的通孔。

烟气自片式消声器的底壁通孔流入片式消声器的内部，然后自顶壁的通孔流出。空腔的内部可以填充有消声棉等材料。

现有技术中片式消声器主要利用多孔径吸声结构，在现有消声器结构的基础上，如何进一步提高片式消声器对噪声的过滤能力是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

针对现有技术片式消声器的上述结构，本文进行了深入研究，具体研究如下：如图1所示，图1给出噪声通过穿孔板1’的示意图，图中p₁和p₂分别表示穿孔板1’两侧的声压，穿孔板1’两侧的声压差可表示为Δp＝p₁-p₂，v₁和v₂表示孔内气体的平均流速，根据体积流量连续原理，穿孔板1’两侧气体平均流速可表示为：

其中，σ₁和σ₂为穿孔率；令z₁和z₂为穿孔板1’孔的声阻抗率，可表示为：

对于深度为D的空腔，其声阻抗率可由下式给出：

其中，ρ-烟气密度，kg/m³；c—波速，m/s；ω＝2πf，角频率； f—频率，Hz；D—空腔深度。

图2a中给出了具有两种不同孔尺寸的穿孔板，孔尺寸分别为d1 和d2，相邻两尺寸为d1的孔距为b1，相邻两尺寸为d2的孔距为b2， b1、b2、d1和d2的单位均为米/m。图2a可以理解为：穿孔板1’上不同孔径的声抗率先并联再与空腔串联，由此可得到穿孔板表面的总声抗率表达式为：

在上述研究发现基础上，本文进一步对空腔内部设置隔板的情形进行了研究探讨，如图2b所示，具体如下：如果空腔被隔板分开，则穿孔板声体积流量将汇入各自独立的空腔，腔深不变，则空腔的声组抗率保持不变，仍为Z_D。此时，图b结构可以理解为穿孔板上的声阻抗率先与各自的空腔串联在相互并联，由此可得到穿孔板表面的总体声阻抗表达式为：

由此得到，不同孔径交错排布的计算公式。

从上述公式中可以看出，没有空腔隔板只引入一个共振吸收峰；当有隔板时，引入了两个共振吸收峰，由于各自独立的空腔构成的共振结构的吸声特性不一致，并联后可作为不同的频带区域，因此具有极大的拓宽吸声带的潜力。

在上述研究发现的基础上，本发明提供了一种片式消声器，为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

在一种具体实施方式中，本发明的片式消声器包括围成消音腔的壳体，至少壳体的顶壁和底壁设置有连通小音箱的通孔，此处顶壁和底壁相当于上述穿孔板。本发明中的片式消声器还包括格室组件，格室组件包括本体，本体具有若干两端开口且纵向延伸的腔体，各腔体之间彼此独立，并且各腔体的长度不同。

需要说明的是，本文将沿气流流动方向定义为纵向。

以具有4个腔体的格室组件为例，如图3所示，图3中示出了壳体顶壁10以及顶壁10上的通孔10a；格室组件的四个腔体为：腔1、腔2、腔3和腔4。其声阻抗表达式为：z_pp＝(R₁+R₂+R₃+R₄)^-1；

其中，

吸声系数为：

另外，不同深度的腔体，共振频率不一致，导致吸收系数不同，即从公式中就可以看出：

其中D越深，共振频率越小，吸声系数偏向低频；反之，偏向高频。因此，不同腔体结构吸声系数具有宽频特性。

如图3和图4所示，图中给出了4种深度的腔体结构，将上述的腔体转化为上电路图，得出不同深度的阻抗公式：

z_pp＝(R₁+R₂+R₃+R₄)^-1

其中，

其中，σ-穿孔率；t-板材厚度，m；μ-粘度系数，m²/s；η—烟气粘滞系数，kg/m·s；D_i—腔室深度,m(i＝1,2,3,4)

将上述公式带入吸声系数公式，即可得到：

从以上分析可以看出，本发明所提供的片式消声器在使用时，气流可以自格室组件的各腔体流过，不同长度的腔体具有很好的宽频带、高吸收性能，对气流噪音起到很好的吸收性能。

对于格室组件的具体结构可以由多种方式，以下给出了几种具体的实施方式。

在第一种具体实施方式中，格室组件设置于消音腔的内部，气流自壳体的底壁通孔进入消音腔内部，然后经格室组件的各腔体后，再由顶壁的通孔流出。

格室组件的本体可以直接安装于底壁上，格室组件每一个腔体至少对应底壁上的一个通孔，也就是说，格室组件的每一个腔体可以与底壁上的通孔一一对应，也可以一个腔体对应两个或者两个以上数量的通孔。

使用时，气流自底壁上的通孔直接进入格室组件的相应腔体，经腔体后的各股气流混合流经消音腔后，再由顶壁的通孔流出。

同理，格室组件的本体可以直接安装于顶壁上，格室组件每一个腔体至少对应顶壁上的一个通孔，也就是说，格室组件的每一个腔体可以与顶壁上的通孔一一对应，也可以一个腔体对应两个或者两个以上数量的通孔。

使用时，气流经底壁通孔进入消音腔，然后再分成N股进入相应的格室组件的腔体，各腔体中的气流直接经与其相对的顶壁通孔流出。

当然，格室组件的本体也可以安装于底壁和顶壁之间，气流的流路为：底壁通孔、消音腔、格室组件的各腔体、消音腔、顶壁通孔。

上述各实施方式中，格室组件的本体可以与消音腔的周壁周向密封。

在第二种具体实施方式中，格室组件设置于壳体的顶壁或者底壁的外表面，格室组件的本体一端密封连接所述壳体的顶壁或者底壁，每一所述腔体至少对应一个或者几个所述顶壁或者底壁上的通孔。

也就是说，格室组件设置于壳体顶壁的外表面，或者格室组件设置于底壁的外表面。这样易于格室组件的安装。

具体地，上述各实施例中的格室组件的本体可以为一体式结构，也可以为分体式结构。例如，格室组件包括若干各格室单元，每一个格室单元具有至少两个不同长度的腔体，图中示出了一个格室单元具有四个腔体的结构。沿所述片式消声器宽度和厚度方向均排列有至少一个格室单元。

即，格室组件由多个格室单元排列形成。如图5中给出了一个具有四个腔体的格室单元，格室单元水平截面尺寸为：Lx*Ly；四个腔体的长度分别为：D1、D2、D3和D4。

将格室组件设计为标准的格室单元，可以统一设计标准，降低设计及加工量。

为了进一步降低噪音，格室组件的各腔体的气流进口或者气流出口还覆盖有玻璃纤维布。

以安装在顶壁外侧的格室组件为例，玻璃纤维布安装于格室组件的外端面。

综上所示，多个隔板的形成的不同深度的空腔结构，具有很好的宽频带、高吸收的性能。

在图6中给出了一种具体烟囱中时，使用本发明所提供的片式消声器的吸声系数与使用传统消声器的吸声系数的对比图，其中，横坐标表示频率/Hz，纵坐标表示正入射吸声系数，曲线S1表示本发明片式消声器的吸声系数，曲线S2表示传统片式消声器的吸声系数。

以上对本发明所提供的一种余热锅炉的安装方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种片式消声器，包括围成消音腔的壳体，至少所述壳体的顶壁和底壁设置有连通所述消音腔的通孔，其特征在于，还包括格室组件，所述格室组件包括本体，所述本体具有若干两端开口且纵向延伸的腔体，各所述腔体之间彼此独立且长度不同。

2.如权利要求1所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件设置于所述消音腔的内部，自所述壳体的底壁的通孔进入的气流经经所述格室组件的各所述腔体后，由所述顶壁的通孔流出。

3.如权利要求2所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件的本体一端密封连接所述壳体的顶壁或者底壁，每一所述腔体至少对应一个或者几个所述顶壁或者底壁上的通孔。

4.如权利要求2所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件的本体与所述消音腔的周壁周向密封。

5.如权利要求1所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件设置于所述壳体的顶壁或者底壁的外表面，所述格室组件的本体一端密封连接所述壳体的顶壁或者底壁，每一所述腔体至少对应一个或者几个所述顶壁或者底壁上的通孔。

6.如权利要求1至5任一项所述的片式消声器，其特征在于，所述本体包括若干长度不等的隔板，相邻所述隔板形成所述腔体。

7.如权利要求1所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件包括至少两个格室单元，各所述格室单元具有至少两个不同长度的腔体，沿所述片式消声器宽度和厚度方向均排列有至少一个所述格室单元。

8.如权利要求1至5任一项所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件中的腔体与所述顶壁或者底壁上的通孔一一对应。

9.如权利要求1至5任一项所述的片式消声器，其特征在于，所述格室组件的各腔体的气流进口或者气流出口还覆盖有玻璃纤维布。