CN108335691B - 一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及排气消音设备领域，具体涉及一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器。包括筒体，沿筒体两端设有进气管和出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体；第二腔体内设有与筒体同轴的输入轴，输入轴上安装有阻尼单元；输入轴左端伸入到第一腔体内并在轴肩上均布地安装有吸音叶片，吸音叶片由压电晶片和金属基板粘接而成。优势与特色：利用吸音叶片将气流的动能转变成机械能，降低各种频带的声功率，吸声能力强；通过压电效应吸收低频声波，利用穿孔板与玻璃棉结合吸收中高频声波，吸收频带宽。
Description
技术领域
本发明涉及排气消音设备领域，具体涉及一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器。
背景技术
锅炉排气消声器是通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动来消减排气噪声，一般安装在电力、石油、化工、冶金、纺织等工业的锅炉蒸汽排放系统中，是消除蒸汽排放动力性噪声的重要降噪音设备。锅炉排气消声器的种类很多，是根据抗、喷、阻复合消声原理所研制，主要有小孔喷注和扩容吸声。小孔喷注是指由于锅炉蒸汽排放一般流速快，气流噪声高，需先以通孔扩流，经过多次通孔后的蒸汽在抗性扩张室得到降压降流，气流再经小孔喷出，喷出后其频带的声功率已降低。
扩容吸声是指当声压级的频率被推高到20000Hz以上范围时，其噪声大为削弱，但部分频率的二次噪音还需要进一步消声。故在扩张室外加装阻性吸声棉结构，它是根据降压体所发出的剩余噪声的频谱特性所设计，用以有效地吸收剩余噪声。
现有技术中，锅炉排气消声器的排气消音效果不够理想，原因在于：1.基于小孔喷注的消音方法由于每一个孔都有自己的固有频率，只有在网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔，故吸声系数低，吸收频带窄，且不易控制；2.基于阻抗匹配的吸音方法对低频的效果好而高频效果差。
实用新型发明 内容
针对现有锅炉排气消音器消音方面所存在的问题，本发明提出一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器，本发明采用的实施方案是：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左流通孔截面积的和大于或等于进气管截面积的和，右流通孔截面积的和大于或等于左流通孔截面积的和；第二腔体内设有与筒体同轴的输入轴，输入轴两端通过滚动轴承安装在左隔板和右隔板上，左隔板和右隔板两端面上设有封住轴承的端盖，输入轴上安装有阻尼单元；输入轴左端伸入到第一腔体内并在轴肩上通过螺钉均布地安装有吸音叶片，吸音叶片由压电晶片和金属基板粘接而成；阻尼单元内设空腔，输入轴在空腔内的中左部均布设有沿径向凸出的左凸条，输入轴在空腔内的中右部均布设有沿径向凸出的右凸条，左凸条和右凸条沿输入轴外圆交错设置，左凸条和右凸条横截面一致，同为半圆形；阻尼单元包括并列设置在左隔板和右隔板之间的左极和右极、左活塞、右活塞、线圈、磁流变液；左极和右极为圆环形，左隔板、左极、右极和右隔板固定为一体，左极和右极之间开有设置线圈的环槽；左极上开有至少一个横截面为L形的左槽，每个左槽内设有与输入轴在空腔内的中左部接触的左活塞，右极上开有与左槽数量相等且横截面为反L形的右槽，每个右槽内设有与输入轴在空腔内的中右部接触的右活塞，左槽与右槽连通形成U型槽，左活塞与右活塞之间的U型槽内设有磁流变液。
本发明中，为提高吸音叶片的吸音降噪能力，吸音叶片套设在输入轴的轴面，并与轴肩通过螺钉连接，且与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，吸音叶片倾斜角为β＝110°，吸音叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为 1～2.5，此时吸音叶片的吸音降噪能力较强。
当气流通过进气管进入第一腔体后，气流吹到吸音叶片时产生气动力驱动输入轴转动；当线圈在没有通电即无磁场的情况下，输入轴转动引起左凸条与左活塞接触，左活塞在左凸条的作用下推动U型槽内的磁流变液，此时磁流变液为液态，因液体不可压缩性，右活塞在磁流变液的作用下向下伸出；相反当右活塞在右凸条作用下使左活塞向下运动，周而复始，将气流的动能转变成机械能；当线圈通电后产生磁场，U型槽内的磁流变液在磁场作用下瞬间由液态变为类固态，左活塞和右活塞的运动阻尼力增大，引起噪声能量耗损增大；当高速气流进入时，通过调节线圈电流大小可改变磁场大小，磁场的改变使得磁流变液的力学性能发生改变，从而使得阻尼单元阻尼力也得到改变，从而达到调节噪声耗损大小的目的。
当气流吹到吸音叶片上的同时，声波的振动引起压电晶片的压电效应，压电晶片表面形成电荷，该电荷通过存储电路被存储，使得声波的声能转化为电能，从而达到主动吸声的目的。
进入锅炉排气消音器中的气流一般流速快，噪声高，先通过吸音叶片将气流的动能转变成机械能后噪声中各种频带的声功率已降低，故噪声大为削弱，同时通过压电晶片的压电效应，将声能转化为电能可主动吸收低频声波，然后依靠穿孔板与玻璃棉共同作用可被动吸收中高频声波，有效地吸收剩余噪声。
优势与特色：1)利用吸音叶片将气流的动能转变成机械能，降低各种频带的声功率，削弱噪声，吸声能力强，可靠性高；2)通过调整线圈电流大小改变阻尼单元X阻尼力大小，进而控制噪声耗能大小，可控性强；3)通过压电效应主动吸收低频声波，利用穿孔板与玻璃棉结合被动吸收中高频声波，吸收频带宽。
附图说明
图1为本发明一个较佳实施例中一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器的结构示意图；
图2为图1中A-A剖视图消音器处于非工作状态时的示意图；
图3为图1中A-A剖视图消音器处于工作状态时的示意图。
图4为本发明一个较佳实施例中吸音叶片与输入轴装配结构示意图；
具体实施方式
一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器，包括中空的筒体V，沿筒体V一端偏离轴线的位置设有进气管a，沿筒体V另一端轴线的位置设有出气管p；筒体V包括壳体b、玻璃棉c和穿孔板d，穿孔板d上开有若干气孔d1；筒体V内由左隔板g和右隔板m沿垂直筒体V轴线方向将筒体V分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通；左隔板g和右隔板m上均布地开有左流通孔g1和右流通孔m1，左流通孔g1截面积的和大于或等于进气管a截面积的和，右流通孔m1截面积和大于或等于左流通孔g1截面积的和；第二腔体B内设有与筒体V同轴的输入轴t，输入轴t两端通过滚动轴承安装在左隔板g和右隔板m上，左隔板g和右隔板m两端面上设有封住轴承的端盖，输入轴t上安装有阻尼单元X；输入轴t左端伸入到第一腔体A内并在轴肩 t1上通过螺钉均布地安装有吸音叶片E，吸音叶片E由压电晶片e1和金属基板e2粘接而成；阻尼单元X内设空腔D，输入轴t在空腔D内的中左部均布设有沿径向凸出的左凸条t2，输入轴t在空腔D内的中右部均布设有沿径向凸出的右凸条t3，左凸条t2和右凸条t3沿输入轴 t外圆交错设置，左凸条t2和右凸条t3横截面一致，同为半圆形；阻尼单元X包括并列设置在左隔板g和右隔板m之间的左极h和右极k、左活塞i、右活塞f、线圈q、磁流变液n；左极h和右极k为圆环形，左隔板g、左极h、右极k和右隔板m固定为一体，左极h和右极k 之间开有设置线圈q的环槽r；左极h上开有至少一个横截面为L形的左槽h1，每个左槽h1 内设有与输入轴t在空腔D内的中左部接触的左活塞i，右极k上开有与左槽h1数量相等且横截面为反L形的右槽k1，每个右槽k1内设有与输入轴t在空腔D内的中右部接触的右活塞f，左槽h1与右槽k1连通形成U型槽J，左活塞i与右活塞f之间的U型槽J内设有磁流变液n。
本发明中，为提高吸音叶片的吸音降噪能力，吸音叶片E套设在输入轴t的轴面t4，并与轴肩t1通过螺钉连接，且与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，吸音叶片E 倾斜角为β＝110°，吸音叶片E为弯曲的彩虹型结构，压电晶片e1的曲率半径小于金属基板e2的曲率半径，压电晶片e1厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板e2为铍青铜，金属基板e2与压电晶片e1的厚度之比为1～2.5，此时吸音叶片E的吸音降噪能力较强。
当气流通过进气管a进入第一腔体A后，气流吹到吸音叶片E时产生气动力驱动输入轴 t转动；当线圈q在没有通电即无磁场的情况下，输入轴t转动引起左凸条t2与左活塞i接触，左活塞i在左凸条t2的作用下推动U型槽J内的磁流变液n，此时磁流变液n为液态，因液体不可压缩性，右活塞f在磁流变液n的作用下向下伸出；相反当右活塞f在右凸条t3作用下使左活塞i向下运动，周而复始，将气流的动能转变成机械能；当线圈q通电后产生磁场，U型槽J内的磁流变液n在磁场作用下瞬间由液态变为类固态，左活塞i和右活塞f的运动阻尼力增大，引起噪声能量耗损增大；当高速气流进入时，可通过调节线圈q电流大小可改变磁场大小，磁场的改变使得磁流变液n的力学性能发生改变，从而使得阻尼单元X阻尼力也得到改变，从而达到调节噪声耗损大小的目的。
当气流吹到吸音叶片E上的同时，声波的振动引起压电晶片e1的压电效应，压电晶片 e1表面形成电荷，该电荷通过存储电路被存储，使得声波的声能转化为电能，从而达到主动吸声的目的。
进入锅炉排气消音器中的气流一般流速快，噪声高，先通过吸音叶片E将气流的动能转变成机械能后噪声中各种频带的声功率已降低，故噪声大为削弱，同时通过压电晶片e1的压电效应，将声能转化为电能可主动吸收低频声波，然后依靠穿孔板d与玻璃棉c共同作用可被动吸收中高频声波，有效地吸收剩余噪声。
Claims (1)
1.一种基于压电磁流变液复合结构的锅炉排气消音器，其特征在于：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左流通孔截面积的和大于或等于进气管截面积的和，右流通孔截面积的和大于或等于左流通孔截面积的和；第二腔体内设有与筒体同轴的输入轴，输入轴两端通过滚动轴承安装在左隔板和右隔板上，左隔板和右隔板两端面上设有封住轴承的端盖，输入轴上安装有阻尼单元；输入轴左端伸入到第一腔体内并在轴肩上通过螺钉均布地安装有吸音叶片，吸音叶片由压电晶片和金属基板粘接而成；阻尼单元内设空腔，输入轴在空腔内的中左部均布设有沿径向凸出的左凸条，输入轴在空腔内的中右部均布设有沿径向凸出的右凸条，左凸条和右凸条沿输入轴外圆交错设置，左凸条和右凸条横截面一致，同为半圆形；阻尼单元包括并列设置在左隔板和右隔板之间的左极和右极、左活塞、右活塞、线圈、磁流变液；左极和右极为圆环形，左隔板、左极、右极和右隔板固定为一体，左极和右极之间开有设置线圈的环槽；左极上开有至少一个横截面为L形的左槽，每个左槽内设有与输入轴在空腔内的中左部接触的左活塞，右极上开有与左槽数量相等且横截面为反L形的右槽，每个右槽内设有与输入轴在空腔内的中右部接触的右活塞，左槽与右槽连通形成U型槽，左活塞与右活塞之间的U型槽内设有磁流变液；吸音叶片套设在输入轴的轴面，并与轴肩通过螺钉连接，且与轴向成一定的倾斜角β，吸音叶片倾斜角为β＝110°，吸音叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Weidong Inventor after: Wang Hongyun Inventor after: Bi Cheng Inventor after: Luo Weiliang Inventor after: Zhao Shuang Inventor after: Zhou Wu Inventor before: Wang Hongyun Inventor before: Bi Cheng Inventor before: Luo Weiliang Inventor before: Zhao Shuang Inventor before: Liu Weidong Inventor before: Zhou Wu |
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| GR01 | Patent grant | ||
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