CN109027501A - 一种工业管道噪声可调式控制结构 - Google Patents

Abstract

一种工业管道噪声可调式控制结构，属于机械振动噪声与振动控制领域。包括带穿孔板结构的方形管道、带螺纹调整元件、密封元件、转把和锁紧螺母；穿孔板后圆柱形空腔的内壁上加工有螺纹，带螺纹调整元件和方形管道通过螺纹配合连接，用于密闭空腔，带螺纹调整元件和转把连接，密封元件通过螺栓与方形管道连接，带螺纹调整元件的轴上刻有频率刻度，通过转把的转动可以带动带螺纹调整元件的移动，通过锁紧螺母将带螺纹调整元件锁紧。本发明在于克服现有的工业管道噪声控制结构在噪声的某个频段无法实现连续可调、控制噪声频率单一等方面存在的缺点和不足。

Description

一种工业管道噪声可调式控制结构

技术领域

本发明涉及一种工业管道噪声可调式控制结构，可以实现在噪声某个频段内连续可调的噪声控制需求，属于机械振动噪声与振动控制领域。

背景技术

随着工业的迅速发展，管道的应用越发广泛。无论是在航空航天、石油化工还是平时的生活中，都离不开流体输送管道。而为管道输送流体提供动力的设备往往是风机、压缩机等设备。

以离心风机为例，离心风机是依靠电机转动输入机械能，提高气体压力并排送气体的机械，其在工作运行时，输送气体的管道会产生较大噪声，且噪声频率比较宽广，它包括机械性噪声，空气动力性噪声以及电气噪声三种类型。

众所周知，噪声对人体的危害是全身性的。在管道输送流体的过程中，我们需要对设备以及管道中产生的噪声进行测量和分析，确定环境噪声是否符合工业企业卫生标准，是否需采取降噪或保护措施，通过设置一系列降噪和保护措施，达到降低工业噪声的目的，以保障工业生产人员的健康。

目前，管道噪声控制结构主要是基于亥姆霍兹原理的共振器，亥姆霍兹消声器结构简单，易于加工。但是亥姆霍兹共振器都是针对噪声频率成分固定，应用在固定的场合。一旦噪声频率与亥姆霍兹共振器所设计的频率不一致，那么其消声效果大大减弱，这时候就需要重新设计、制造亥姆霍兹共振器，增加成本以及人力，给管道噪声控制带来很大不便。

发明内容

本发明提出一种可调式管道噪声控制结构，旨在解决现有的管道噪声控制结构对管道噪声无法实现连续可调、控制噪声频率单一等方面存在的缺点。

本发明的技术方案：

一种工业管道噪声可调式控制结构，该可调式控制结构为对称结构，包括带穿孔板结构的方形管道、带螺纹调整元件、密封元件、转把和锁紧螺母；方形管道两端通过法兰与工业管道连接，方形管道一侧面开孔且孔四周管壁沿方形管道径向外延，穿孔板覆盖设置于开孔处，带螺纹调整元件包括刚性板覆盖于穿孔板上方与外延管壁螺纹配合连接；密封元件通过螺栓固定于外延管壁上方，起到密封作用，形成圆柱形空腔；刚性板上方固定连接轴穿过密封元件，在密封元件上通过锁紧螺母固定连接轴，进而锁紧带螺纹调整元件，连接轴上端和转把通过螺栓固定连接，通过转动转把带动带螺纹调整元件的旋进或后退，从而实现调整穿孔板后空腔的深度。

进一步地，带螺纹调整元件上的连接轴沿轴向设有长度与带螺纹调整元件调整深度相同的外螺纹，且螺纹旋向与带螺纹调整元件上的刚性板螺纹旋向相反，上述带螺纹调整元件上的连接轴无螺纹部分刻有频率刻度，锁紧螺母无螺纹部分长度与带螺纹调整元件上的连接轴有螺纹部分长度相等，以实现最终的锁紧和读数。

所述带穿孔板结构的方形管道与带螺纹调整元件通过参数一致的螺纹相配合连接，其中带螺纹调整元件的密封板沿轴向加工外螺纹，带穿孔板结构的方形管道的圆柱形空腔内壁沿轴向加工为内螺纹，能够实现穿孔板后空腔的密封。

所述带螺纹调整元件上的连接轴与转把上设有尺寸相同、位置固定的联接孔，通过螺栓紧固，通过转把转动可以调整螺纹调整件上的刚性板与穿孔板的距离。

本发明的有益效果为，该噪声控制结构采用亥姆霍兹原理，设计了穿孔板结构，穿孔板后的空腔深度是可以改变的，需要转动转把来调整板后空腔的深度，可调式噪声控制结构的参数算法如公式(8)。实现连续可调、灵活控制噪声频率。

附图说明

图1为亥姆霍兹共振吸声结构。

图2为单层穿孔板共振吸声结构。

图3为单层穿孔板共振吸声结构剖视图。

图4为一种工业管道噪声可调式控制结构工作过程示意图。

图5为一种工业管道噪声可调式控制结构的剖视图。

图6为一种工业管道噪声可调式控制结构的等轴测图。

图7为穿孔板参数各参数确定，板后空腔深度H＝10mm～50mm变化时穿孔板共振吸声结构共振频率曲线。

图中：1管道连接法兰；2带穿孔板结构的方形管道；3带螺纹调整元件；4 密封元件；5转把；6锁紧螺母；7穿孔板；l₀短管长度；S₀短管横截面积；V₀空腔体积；l穿孔板板厚；d小孔直径；H穿孔板后空腔深度；D圆柱形空腔直径。

具体实施方式

亥姆霍兹共振器吸声原理：

由图1，空腔中的声阻抗为：

其中：

Z_V——声阻抗 C_A——声顺(与电路中的电容类似)；

K_A——声劲(类似于弹簧的弹性系数) V₀——板后空腔体积

ρ₀——空腔中的空气密度 c₀——声速

由图1，短管处的声阻抗为：

Z_l＝jωM_A (3)

其中：

Z_l——声阻抗(与电路中的电感类似) M_A——声质量

ρ₀——空腔中的空气密度 l₀——短管的长度

S₀——短管的截面积。

空腔中具有空气，因此整个空腔便如同一个空气弹簧，空腔具有声顺C_A(与电路中的电容类似)，因此声顺又可以称为声容，其与声劲K_A(类似于弹簧的弹性系数K)成倒数关系；亥姆霍兹共振器短管处的空气柱便如同声质量M_A；因此声质量-空气弹簧系统就组成了一个等效声学振动系统，其等效振动系统如图1 所示的单自由度振动系统，该振动系统共振频率为：

f——单自由度振动系统振动频率 K——单自由度系统弹簧刚度

M——单自由度系统物体质量

联立(2)(4)(5)可得，亥姆霍兹共振器吸声频率为：

f₀——亥姆霍兹共振器吸声频率 K_A——声劲

M_A——声质量

当入射的声音频率为f＝f₀时，亥姆霍兹共振器发生共振，吸声系数达到最大值。

一种工业管道噪声可调式控制结构参数：

定义穿孔板结构参数：穿孔数n、穿孔板孔径d、穿孔板板厚l；板后空腔参数：圆柱形空腔截面直径D、空腔深度H。

由几何关系知圆柱形空腔截面面积为：

S——圆柱形空腔截面面积 D——圆柱形空腔截面直径

由(2)(4)(6)(7)，得穿孔板共振吸声结构共振频率为：

f——穿孔板共振吸声频率 c₀——声音在空气中传播速度

n——穿孔板上穿孔数 d——小孔孔径

l——穿孔板板厚 S——圆柱形空腔截面面积

H——穿孔板后空腔深度

穿孔板共振吸声结构共振频率f即可确定。

一种工业管道噪声可调式控制结构包括管道连接法兰1、带穿孔板结构的方形管道2、带螺纹调整元件3、密封元件4、转把5、锁紧螺母6、穿孔板7。

管道连接法兰1和带穿孔板结构的方形管道2通过螺栓连接，管道连接法兰 1另一端具有尺寸相同、相对位置固定的通孔，以实现管道连接的安装需求。

带穿孔板结构的方形管道2与带螺纹调整元件3通过参数一致的螺纹相配合连接，其中带螺纹调整元件3的密封板沿轴向加工外螺纹，带穿孔板结构的方形管道2的圆柱形空腔内壁沿轴向加工为内螺纹，二者配合连接能够实现穿孔板后空腔的密封。

密封元件4与带穿孔板结构的方形管道2通过螺栓连接，密闭元件4可以隔绝外界粉尘等进入空腔，影响螺纹调整元件的调整精度。

带螺纹调整元件3上的连接轴和锁紧螺母6通过螺纹配合，防止其继续旋进或退出，改变穿孔板7后空腔深度，带螺纹调整元件3上的连接轴沿轴向加工与带螺纹调整元件调整深度相同的外螺纹，且螺纹旋向与带螺纹调整元件3上的刚性板螺纹旋向相反，锁紧螺母6可以在带螺纹调整元件3调整好穿孔板7后空腔深度后锁紧带螺纹调整元件3，带螺纹调整元件3上的连接轴无螺纹部分刻有频率刻度，锁紧螺母6无螺纹部分长度与带螺纹调整元件3上的连接轴有螺纹部分长度相等，以实现最终的锁紧和读数。

带螺纹调整元件3上的连接轴和转把5通过螺栓连接，带螺纹调整元件3的连接轴端加工有和转把5连接端尺寸相同的螺纹孔，用螺栓连接，通过转动转把 5带动带螺纹调整元件3的旋进或后退，从而调整穿孔板后空腔的深度。

穿孔板7的穿孔数n，孔径d，板厚l以及板后圆柱形空腔截面积S确定下来，那么通过改变穿孔板后空腔深度H，共振吸声结构的共振吸声频率即可随之改变，可达到针对某个频段噪声控制的目的。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图6中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

定义穿孔板的穿孔数n＝200，穿孔板孔径d＝3mm，穿孔板板厚l＝5mm，穿孔板后圆柱形空腔截面积S≈66051mm²，当板后空腔深度H在10mm～50mm变化时，该噪声控制结构的共振频率f即在500Hz～1100Hz内变化。共振频率曲线变化如附图6中间第二条曲线。

工作过程：与管道连接法兰1相连的外部管道中通入一个中心频率范围在 500Hz～1100Hz的噪声气体，例如噪声的中心频率为800Hz，通过转把6的转动带动带螺纹调整元件3的旋进或后退，通过带螺纹调整元件3上的连接轴刻度进行读数，当读数为800Hz的时候，该控制结构吸收通入该管道中的中心频率为 800Hz附近的噪声，达到消除大部分噪声的效果。

如果将该工业管道噪声可调式控制结构模块化，即将几个噪声控制结构串联，合理设计穿孔板参数即板后可调空腔深度，那么可以控制的噪声频段将会更广，如附图6所示，具体设计方案如上讨论，这里不再赘述。

Claims (3)

1.一种工业管道噪声可调式控制结构，其特征在于，该可调式控制结构为对称结构，包括带穿孔板结构的方形管道、带螺纹调整元件、密封元件、转把和锁紧螺母；方形管道两端通过法兰与工业管道连接，方形管道一侧面开孔且孔四周管壁沿方形管道径向外延，穿孔板覆盖设置于开孔处，带螺纹调整元件包括刚性板覆盖于穿孔板上方与外延管壁螺纹配合连接；密封元件通过螺栓固定于外延管壁上方，起到密封作用，形成圆柱形空腔；刚性板上方固定连接轴穿过密封元件，在密封元件上通过锁紧螺母固定连接轴，进而锁紧带螺纹调整元件，连接轴上端和转把通过螺栓固定连接，通过转动转把带动带螺纹调整元件的旋进或后退，从而实现调整穿孔板后空腔的深度。

2.根据权利要求1所述的一种工业管道噪声可调式控制结构，其特征在于，带螺纹调整元件上的连接轴无螺纹部分刻有频率刻度，锁紧螺母无螺纹部分长度与带螺纹调整元件上的连接轴有螺纹部分长度相等，以实现最终的锁紧和读数。

3.根据权利要求1或2所述的一种工业管道噪声可调式控制结构，其特征在于，带螺纹调整元件上的连接轴沿轴向设有长度与带螺纹调整元件调整深度相同的外螺纹，且螺纹旋向与带螺纹调整元件上的刚性板螺纹旋向相反。