CN109253340B - 一种频率可调且可承压的共振式水消声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率可调且可承压的共振式水消声器，属于舰船水管路流噪声控制技术领域。该消声器通过调节金属块的位置，改变消声器的声质量和声弹性，进而改变其共振频率；填料密封可承受3MPa的压力，则保证了消声器在潜艇等以水下活动为主的工程实际场合中工作的密封性；该消声器中的连接管采用侧支方式安装在主管道上，流体阻力非常小，对所在主管道系统的正常工作几乎没有影响；另外，该消声器也可用于频率固定不变的场合，其频率调节功能可用于修正消声器自身在设计、加工过程中造成的频率误差。

Description

一种频率可调且可承压的共振式水消声器

技术领域

本发明涉及一种频率可调又具备一定承压能力的共振式水消声器，属于舰船水管路流噪声控制技术领域。

背景技术

舰船水管路系统包括循环水系统、冷却水系统等，主要为动力装置及其辅机设备提供冷却用水，但与此同时也会在水介质里产生压力脉动。压力脉动不仅会引起管道振动，进而影响管道安全性，还会以管道内水介质作为载体，通过船体上的开孔直接传播至舷外，引起严重的辐射噪声，从而降低舰船的隐蔽性。因此，降低管道压力脉动水平不论是对于提高舰船声隐身水平还是管道自身的安全可靠性都具有重要意义。

目前，普遍采用的水消声器主要包括亥姆霍兹共振器、膨胀腔消声器、1/4波长管等，其中亥姆霍兹共振器与1/4波长管主要用于衰减低频段的管道噪声，膨胀腔消声器主要用于衰减高频段的管道噪声，三者通过合理组合可对宽广频率范围内的压力脉动起到衰减作用。理论研究和试验测试均表明，管道噪声总体量级水平主要取决于机械设备源产生的低频特征离散线谱，也就是说只要能够有效控制低频特征离散线谱的噪声量级，就能有效降低管道噪声总体量级水平。亥姆霍兹共振式消声器或者1/4波长管的作用就是降低机械设备的低频特征离散线谱噪声，但目前广泛采用的这类消声器存在一个缺点，即所针对的线谱频率是固定不变的，而且仅有的几种变频消声器也只存在于对承压能力要求不高的空气管道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种频率可调且可承压的共振式水消声器，能够适用于机械设备存在变频变速工况的应用场合，并且可承受一定的内压，满足了舰船水管路的实际工程需要。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种频率可调且可承压的共振式水消声器，所述消声器包括主管道、连接管、球形壳体、调节机构壳体、手轮、调节杆和金属块；

调节机构壳体是一个非封闭的半椭球形结构；

调节杆的一端加工有外螺纹；

连接管的一端与主管道固定连接，另一端与球形壳体固定连接，用于连通主管道与球形壳体；调节机构壳体的开放端与球形壳体固定连接，调节机构壳体的内表面与球形壳体的内表面形成一个封闭的腔体；调节杆的螺纹端与手轮螺纹连接，另一端穿过调节机构壳体和球形壳体内部与置于连接管内的金属块固定连接，调节杆与调节机构壳体之间采用填料密封。

进一步地，填料密封包括填料和填料压盖，调节机构壳体外表面上加工有填料槽；调节杆穿过填料槽，填料填充在填料槽与调节杆之间的空隙中，填料压盖与填料槽螺纹连接，实现调节杆与调节机构壳体之间的密封。

进一步地，连接管的截面为圆形、方形等规则形状，其截面半径或边长不大于主管道截面半径或者边长；金属块形状与连接管截面形状一致，尺寸上小于连接管。

进一步地，所述消声器可调节的频率范围取决于金属块的横截面积以及长度，金属块的截面面积与连接管的截面面积比值优选0.8～0.9，金属块的长度与连接管的长度比值不大于2/3。

进一步地，调节机构壳体与球形壳体之间采用连接法兰连接。

进一步地，所述消声器还包限位箱、括推力环和O型圈；限位箱是一个中空长方体结构，与调节机构壳体一体成型，位于手轮与调节机构壳体之间，调节杆穿过限位箱，O型圈安装在限位箱的下端内表面和上端内表面，推力环在限位箱的内部且嵌套在调节杆上。

调节机构壳体、填料密封、限位机构、手轮、连接杆、金属块等部件共同组成了本发明所述消声器的频率调节机构。其中，手轮、金属块、调节杆用于调节共振器的共振频率，即通过旋转手轮，使调节杆和金属块上下移动，改变共振式消声器的声质量和声弹性，进而改变所述消声器的共振频率；填料密封可承受3MPa的压力，则保证了消声器在潜艇等以水下活动为主的工程实际场合中工作的密封性；限位机构决定金属块的移动行程。从亥姆霍兹共振消声器的声学机理上讲，调节机构壳体内表面与球形壳体内表面所形成的空腔的内部水介质提供了声弹性，连接管和金属块之间的狭长空隙中的水介质则提供了声质量。根据振动基础理论，上述声质量和声弹性对应一个共振频率，即本发明所述消声器的共振频率。当主管道内部上游传播而来的噪声特征线谱频率与消声器的共振频率一致时，即可使得声质量向主管道内部辐射相应频率的噪声，抵消自上游传播过来的噪声，进而大幅降低了向主管道下游传播的噪声量级。

有益效果：

(1)所述消声器具备频率调节能力，使其能够适用于机械设备存在变频变速工况的应用场合。旋转手轮，使调节杆和金属块上下移动，金属块全部进入球形壳体时，消声器的共振频率最高，金属块全部进入连接管时，消声器的共振频率最低。

(2)所述消声器具备一定的承压能力。调节杆与调节机构壳体之间存在一定的间隙，本发明采用填料密封的形式进行密封，这样最大可承受3MPa的压力，这种动静部件之间的承压能力有效保证了消声器可以在潜艇等以水下活动为主的舰船中得到应用。

(3)所述消声器中的连接管采用侧支方式安装在主管道上，流体阻力非常小，对所在主管道系统的正常工作几乎没有影响。

(4)所述消声器可调节的频率范围取决于金属块的尺寸(边长或半径)、上下移动行程(金属块长度)等因素，因此，可以通过合理设计金属块的尺寸以及上下移动行程，使其频率调节范围满足实际需要。

(5)所述消声器也可用于频率固定不变的场合，此时消声器的频率调节功能可用于修正消声器自身在设计、加工过程中造成的频率误差。

附图说明

图1为实施例中所述频率可调且可承压的共振式水消声器的结构示意图。

图2为所述消声器共振频率最大时的示意图。

图3为所述消声器共振频率最小时的示意图。

其中，1-主管道，2-连接管，3-球形壳体，4-连接法兰，5-调节机构壳体，6-填料，7-填料压盖，8-O型圈，9-手轮，10-金属块，11-调节杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种频率可调且可承压的共振式水消声器，所述消声器包括主管道1、连接管2、球形壳体3、连接法兰4、调节机构壳体5、填料6、填料压盖7、O型圈、手轮9、调节杆11、金属块10、限位箱以及推力环；

调节机构壳体5是一个非封闭的半椭球形结构；调节机构壳体5的外表面上沿轴向加工有填料槽；

限位箱是一个中空长方体结构，与调节机构壳体5一体成型；

调节杆11的一端加工有外螺纹；

如图1所示，连接管2的一端与主管道1固定连接，另一端与球形壳体3固定连接，用于连通主管道1与球形壳体3；调节机构壳体5的开放端与球形壳体3通过连接法兰4进行连接，调节机构壳体5的内表面与球形壳体3的内表面形成一个封闭的腔体；调节杆11的螺纹端与手轮9螺纹连接，另一端依次穿过限位箱、填料槽、调节机构壳体5和球形壳体3后与置于连接管2内部的金属块10固定连接；填料6填充在调节杆11与填料槽之间的空隙中，填料压盖7与填料槽螺纹连接；O型圈8安装在限位箱的下端内表面和上端内表面，推力环在限位箱的内部且固定安装在调节杆11上。

所述消声器的具体组装步骤如下：

(a)在主管道1的外表面上开孔，开孔形状与连接管2的截面形状相同，连接管2的一端焊接在主管道1上；其中，连接管2的截面半径或者边长不大于主管道1的半径或者边长；

(b)球形壳体3通常采用两个半球焊接而成，在球形壳体3上开两个孔，且两个孔的中心距离与球形壳体3的直径相等；一个孔的形状与连接管2的截面形状相同，另一个孔的形状与连接法兰4的形状相同；

(c)连接管2的另一端与球形壳体3焊接，此时，连接管2连通主管道1和球形壳体3；连接法兰4焊接在球形壳体3上；

(d)调节机构壳体5采用铸造方式成形，调节机构壳体5上的填料槽与调节杆11之间的缝隙填充填料6，填料压盖7与填料槽螺纹连接；O型圈8安装在调节机构壳体5上的限位箱中，限位箱中的推力环固定安装在调节杆11上；

(e)调节杆11的一端加工有外螺纹，与手轮9螺纹连接，这样手轮9的旋转就可以转化为调节杆11的上下移动；调节杆11的另一端与金属块10焊接；

(f)调节机构壳体5与球形壳体3上的连接法兰4采用法兰连接。

从亥姆霍兹共振消声器的声学机理上讲，本实施例所述消声器中的调节机构壳体5、连接法兰4以及球形壳体3所形成的空腔的内部水介质提供了声弹性，连接管2和金属块10之间的狭长空隙中的水介质则提供了声质量。根据振动基础理论，上述声质量和声弹性对应一个共振频率，即本发明所述消声器的共振频率。当主管道1内部上游传播而来的噪声特征线谱频率与消声器的共振频率一致时，即可使得声质量向主管道1内部辐射相应频率的噪声，抵消自上游传播过来的噪声，进而大幅降低了向主管道1下游传播的噪声量级。

通过旋转手轮9，使调节杆11和金属块10上下移动，可以改变本实施例所述消声器的声质量和声弹性，进而改变所述消声器的共振频率，实现对不同特征线谱频率的噪声进行降噪。其中，金属块10全部进入球形壳体3时，所述消声器的共振频率最高，如图2所示；金属块11全部进入连接管2时，消声器的共振频率最低，如图3所示。

另外，所述消声器可调节的频率范围取决于金属块10的横截面积以及长度，因此，可以通过合理设计金属块10的尺寸，使其频率调节范围满足实际需求。一般，金属块10的截面面积与连接管2的截面面积比值位0.8～0.9，金属块10的长度与连接管2的长度比值不大于2/3。

将本实施例所述消声器应用于某冷却水管路系统中时，当水泵的叶频特征线谱从300Hz降低至240Hz时，所述消声器的共振频率亦可从300Hz调整至240Hz，成功实现了共振频率的调整，且基本维持消声性能不变。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种频率可调且可承压的共振式水消声器，其特征在于：所述消声器包括主管道(1)、连接管(2)、球形壳体(3)、调节机构壳体(5)、手轮(9)、调节杆(11)和金属块(10)；

调节机构壳体(5)是一个非封闭的半椭球形结构；

调节杆(11)的一端加工有外螺纹；

连接管(2)的一端与主管道(1)固定连接，另一端与球形壳体(3)固定连接，用于连通主管道(1)与球形壳体(3)；调节机构壳体(5)的开放端与球形壳体(3)固定连接，调节机构壳体(5)的内表面与球形壳体(3)的内表面形成一个封闭的腔体；调节杆(11)的螺纹端与手轮(9)螺纹连接，另一端穿过调节机构壳体(5)和球形壳体(3)内部与置于连接管(2)内的金属块(10)固定连接，调节杆(11)与调节机构壳体(5)之间采用填料密封；

金属块(10)的截面面积与连接管(2)的截面面积比值为0.8～0.9；

金属块(10)的长度与连接管(2)的长度比值不大于2/3。

2.根据权利要求1所述的一种频率可调且可承压的共振式水消声器，其特征在于：填料密封包括填料(6)和填料压盖(7)，调节机构壳体(5)外表面上加工有填料槽；

调节杆(11)穿过填料槽，填料(6)填充在填料槽与调节杆(11)之间的空隙中，填料压盖(7)与填料槽螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种频率可调且可承压的共振式水消声器，其特征在于：金属块(10)形状与连接管(2)截面形状一致。

4.根据权利要求1所述的一种频率可调且可承压的共振式水消声器，其特征在于：调节机构壳体(5)与球形壳体(3)之间采用连接法兰(4)连接。

5.根据权利要求1所述的一种频率可调且可承压的共振式水消声器，其特征在于：所述消声器还包括限位箱、推力环和O型圈(8)；

限位箱是一个中空的长方体结构，与调节机构壳体(5)一体成型，位于手轮(9)与调节机构壳体(5)之间；调节杆(11)穿过限位箱，O型圈(8)安装在限位箱的下端内表面和上端内表面，推力环在限位箱的内部且固定安装在调节杆(11)上。