CN110242816A - 一种消除离散高频啸叫声的消声器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，此装置包括气流管道和消声管道，所述消声管道包括支撑单元和设置支撑单元外表面的透气介质，支撑单元为镂空结构,外部气流通过透气介质进入气流管道，气流管道的进气口与出气口的特性阻抗不一致，所述进气口端面有一层透气介质，所述出气口上设置有导流单元；本发明消声器不仅可有效抑制并消除中高频离散噪声的产生，并可对灰尘、金属颗粒等污染物进行有效的过滤，兼具消声与过滤两种效果；本发明消声器对影响真空管道复压系统噪声特性的关键部位采用了可替换部件设计方案，可针对不同频率特性的中高频离散噪声进行有效抑制。

Description

一种消除离散高频啸叫声的消声器装置

技术领域

本发明属于噪声与振动领域，具体涉及一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，可应用于具有离散中高频啸叫声的任何设备。

背景技术

设备运行时产生的噪声，根据特性可分为宽频噪声与离散噪声两类。因宽频噪声的声能量较为平均，当在设备出风口以及（或）进风口设置阻性消声器（通过吸声材料对声波进行能量衰减），或者对设备进行有效的隔声吸声处理，通常能取得良好的降噪效果。

对于离散噪声而言，根据频率范围可分为低频离散噪声与中高频离散噪声两类。对于低频离散噪声，尽管通过改变设备结构的主动降噪难度系数较大，但对如风机、管道等设备装置的低频离散噪声，可通过设置合理的抗性消声器进行有效降低。

中高频离散噪声，尤其是频率在10kHz以上范围内，不仅声波的穿透力强，而且对人的身心健康影响最为显著（中高频噪声相比低频噪声，人对两者的敏感度，前者高于后者）。但是，目前在降噪方面的研究成果，对于中高频离散噪声，尤其是对激波离散噪声的有效抑制，不能取得良好的效果。例如，多孔吸声材料对中高频宽频噪声的降噪效果明显，但对于能量较大的离散噪声几乎无任何降噪效果。

发明内容

本发明的目的是在不明显改变流体机械气动性能前提下，通过优化设计一种消声器装置，有效抑制中高频离散啸叫声的产生。相比安装消声器前，在真空复压管道系统中，总声压级取得30.3dB的降噪效果。同时，真空管道复压系统的几个中高频离散啸叫声，几乎被完全抑制，降噪效果显著。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；所述消声管道包括镂空的支撑单元和设置在支撑单元外表面的透气介质,外部气流通过透气介质进入气流管道。

根据本发明，镂空结构的消声管道使得消声器外部的空气与消声器内部的空间连通，在没有气流的情况下，消声器内外的气压一致。当其进行工作时，外部的空气可以通过消声管道的透气介质直接进入消声器内，气流在出气口以及真空管道内部产生的噪音反射时，也可以通过镂空结构直接进入到空气中。其结果是，通过改变噪声的传播途径，增大了宽频噪声在消声器内部的衰减。

本发明还公开了一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；所述气流管道沿着气流方向进气口与气流管道的特性阻抗不一致。

在上述技术方案中，所述进气口端面设置有透气介质。

根据本发明，镂空结构的消声管道使得消声器外部的空气与消声器内部的空间连通，在没有气流的情况下，消声器内外的气压一致；而进气口与出气口的特性阻抗进行合理匹配，减小进气口与出气口之间压差，以及调整两者之间的压力分布，气流在出气口与真空管道内部产生噪音反射时，噪声主要通过镂空结构直接进入到空气中，减少并反射由出气口或真空管道产生的噪声，尽量通过消声管道与气流管道之间的吸音介质，对噪声进行有效衰减，从而实现最终的降噪效果。

根据本发明，进气口上设置一层透气介质，可以减小气流在进气口上的流速，并具有过滤的作用，抑制大气中的杂质进入消声器内部，不仅可避免因杂质的吸附导致吸音介质的降噪效果减弱，而且可防止杂质进入真空管道系统破坏阀门等结构；同时因为在进气口增加一层透气介质，使得进气口与出气口的特性阻抗发生改变，从而使在进气口与出气口之间形成合理的压力分布，气流在出气口或真空管道内部产生噪音，主要通过消声管道与气流管道之间的吸音介质对噪声进行衰减，进气口区域的噪声尽量反射并通过透气介质对中高频离散啸叫声进行过滤。

本发明还公开了一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；其特征在于：所述气流管道沿着气流方向出气口与气流管道的特性阻抗不一致。

在上述技术方案中，所述出气口上设置有导流单元。

根据本发明，在出气口增加导流单元对气流进行导流，使得出气口相对于进气口以及真空管道的特性阻抗均发生改变，从而使进气口与出气口之间形成合力的压力分布，气流在出气口或真空管道内部产生的噪音反射时，噪声主要通过消声管道与气流管道之间的吸音介质对噪声进行衰减，进气口区域的噪声尽量反射并通过透气介质对中高频离散啸叫声进行过滤。

本发明了还包括一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；

所述消声管道包括镂空的支撑单元和设置在支撑单元外表面的透气介质,外部气流通过透气介质进入气流管道,

所述气流管道沿着气流方向进气口、出气口、气流管道三者相互的特性阻抗不一致。

根据本发明，在进气口增加透气介质，并且在出气口增加导流单元，改变导流单元的尺寸、结构和材质，使得消声器在出气口、进气口和消声管道的镂空结构三者之间实现特性阻抗均不一致，从而实现在出气口或真空管道内产生的噪声反射到整个消声器内，实现阶梯式的噪声衰减，从而达到消除并抑制中高离散啸叫声的目的。

为了实现上述目的本发明还公开了一种导流单元，包括连接端和喷口端，所述连接端与气流管道的出气口进行连接，喷口端的喷气口径小于连接端的进气口径。

在上述技术方案中，所述导流单元从连接端到喷口端具有收缩、或者扩展的曲线特征。

在上述技术方案中，所述导流单元从连接端到喷口端不同区域的内壁面为不同材质，实现导流单元内表面阻抗不一致。

上述的本发明中，使用环境为消声器的出气口是接在真空端的，而进气口和消声器本体是处于常规大气压中，因此采用的降噪原理为：在真空管道复压系统中，管道一端的流体区域为真空，另一端恒定为常压。当在真空逐渐复压到常压的过程中，管道系统内部会滋生出刺耳的中高频离散噪声，尤其是当管道系统内部压差较大时，甚至会出现超声速气流的现象，滋生出中高频离散激波噪声。当在常压或者真空管端部，通过优化设计消声器进风口（或出风口）区域的阻抗特性，调整管道系统内部的压力分布，从而控制管道系统的压差大小以及声波传播特性，抑制中高频离散噪声的产生。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明消声器不仅可有效抑制并消除中高频离散噪声的产生，并可对灰尘、金属颗粒等污染物进行有效的过滤，兼具消声与过滤两种效果；

本发明消声器对影响真空管道复压系统噪声特性的关键部位采用了可替换部件设计方案，可针对不同频率特性的中高频离散噪声进行有效抑制。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图 1为过滤器安装到真空管道复压系统的结构示意图；

图 2、图3、图4、图5为消声器的实施例结构示意图；

图6是本发明的降噪原理示意图；

图7是现有消声器的降噪原理示意图；

图 8为消声器安装到真空管道复压系统前后的噪声频谱图；

图 9为消声器安装到真空管道复压系统前后的时频（时间频域）噪声图；

其中；1是消声器，2是真空管道复压系统，1-1、1-2是透气介质，1-3是气流管道，1-4是吸音介质，1-5是连接法兰，1-6是导流单元,1-7是支撑单元。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例如图2所示，其消声器的整体结构与现有消声器结构一致，均包括一个气流管道1-3和用于支撑气流管道1-3的消声管道，气流管道1-3与消声管道之间的空间内填充吸音介质1-4。

本实施例的重点在于对消声管道进行改进，将传统的密封式消声管道修改为不封闭结构，消声管道包括一个镂空结构的支撑单元1-7，和设置在支撑单元1-7外表面上的透气介质1-2，气流从外部通过透气介质1-2进入到气流管道1-3内。从而使得消声管道外部的气压与消声管道内部气压一致，从而使得在非工作状态下，气流管道内的空间直接通过消声管道与外部大气空间连通。

本实施例通过改变消声管道的结构，因此使得当消声器的出气口或真空管道内部产生的噪声一旦进入气流管道，吸音介质首先会对一部分噪声进行有效衰减，少部分噪声透过支撑镂空结构进入空气当中。部分噪声将沿着消声器轴向方向传播，即沿着出气口至进气口的方向传播（传播方向与气流方向相反），噪声传播到进气口端面的透气介质时，因特性阻抗大于支撑镂空结构，导致绝大部的噪声会产生反射与折射现象。反射与折射的噪声可通过吸音介质产生二次噪声衰减，以及产生相位相反幅值相等的噪声相互抵消现象，致使很少一部分的噪声通过进气口进入空气当中。如图7所示，为改进后的气流噪声原理示意图，相比图6所示的现有的消声原理，本实施例具备过滤中高离散啸叫声的降噪特性。

如图6所示是现有消声器的降噪原理示意图，现有消声器的消声管道为密闭结构，当噪声传播到气流管道时，其中一部分噪声通过吸音介质进行有效衰减，但绝大部分噪声主要沿着消声器的轴向方向传播，即通过进气口进入空气当中。对于能量较大、穿透力极强的中高频离散啸叫声不具备良好的降噪效果。

实施例二

本实施例如图3所示，其消声器的整体结构与现有消声器结构一致，均包括一个气流管道1-3和用于支撑气流管道1-3的消声管道，气流管道1-3与消声管道之间的空间内填充吸音介质1-4。

本实施例的重点在于对气流管道1-3的进气口进行改进，在进气口上设置有透气介质1-1，透气介质1-1的声阻抗特性以及过滤网参数，根据复压系统气动噪声特性与过滤精度调整。增加透气介质的目的有两个，其一是起到过滤的作用，防止大气中的颗粒杂质进入消声器器内部。因为颗粒杂质进入消声器后极易吸附到吸音介质上，从而减弱吸音介质的降噪效果，从而影响消声器的降噪性能稳定性。其二是在工作过程中，透气介质可对噪声进行阻挡、抑制以及过滤，减少噪声直接进入空气当中。

实施例三

本实施例如图4所示，其消声器的整体结构与现有消声器结构一致，均包括一个气流管道1-3和用于支撑气流管道1-3的消声管道，气流管道1-3与消声管道之间的空间内填充吸音介质1-4。

本实施例的重点在于对气流管道1-3的出气口进行改进，在出气口上设置有导流单元1-6，导流单元1-6设计成可以更换的元件，通过螺纹与气流管道1-3进行连接。导流单元1-6的喷口尺寸与进气口的尺寸保持不一致；或者导流单元1-6的喷口结构采用具有收缩或扩张曲线特征的喷口，与进气口的标准结构采用不对称的形式；或者导流单元1-6的材质与气流管道1-4不一致，实现气流在进气口与出气口的阻抗不匹配。

实施例四

本实施例如图5所示，其消声器的整体结构与现有消声器结构一致，均包括一个气流管道1-3和用于支撑气流管道1-3的消声管道，气流管道1-3与消声管道之间的空间内填充吸音介质1-4。

本实施例同时进行三个部位的改进，首先将传统的密封式消声管道修改为不封闭结构，消声管道包括一个镂空结构的支撑单元1-7，和设置在支撑单元1-7外表面上的透气介质1-2，气流从外部通过透气介质1-2进入到气流管道1-3内；其次在气流管道1-3的进气口上设置有透气介质1-1，透气介质1-1的声阻抗特性以及过滤网参数，根据复压系统气动噪声特性与过滤精度调整；最后在气流管道1-3的出气口上设置有导流单元1-6，导流单元1-6设计成可以更换的元件，通过螺纹与气流管道1-3进行连接。

本实施通过对三个部位的修改，实现了气流管道的进气口、出气口和消声管道三者相互之间的阻抗特性相互不一致，根据喷流气动噪声的特性以及降噪原理，改变进气口和出气孔的阻抗特性，可以有效抑制啸叫声的产生。

如图1所示，当消声器装置的一端通过法兰结构连接到真空管道复压系统，法兰结构的一侧在工作过程中的初始状态为真空环境。气流从消声器装置的消声器一侧进入到真空环境中，使得真空环境的气压逐步恢复，最终实现消声器两端的气压一致。而在气压恢复的过程中，气流运动到消声器的喷口位置时，在真空管道内部以及喷口区域，将产生严重的气动噪声，实施例的消声器结构的目的就是抑制并消除此类噪声的产生与传播。

如图8所示，本实施在真空管道复压系统安装过滤器前后的降噪效果图，声压监测点为过滤器左端斜向45度1米位置区域。图中上方区域的曲线表示真空管道复压系统未安装消声器的噪声特性，下方区域的曲线表示真空管道复压系统安装了过滤器后的噪声特性。可以明显的看出，安装过滤器后带来的明显降噪效果。

如图9所示，本实施例在真空管道复压系统安装过滤器前后的降噪效果时频图（时间频率噪声图）。横坐标表示频率，单位为赫兹（Hz）；左侧纵坐标表示时间，单位为秒；右侧纵坐标为噪声检测点声压级，单位为分贝（dB）。左图为真空管道噪声特性时频图。当在从真空至常压的复压过程中，时间至12秒时（真空端压力大约60kPa），将产生不同频率的中高频率离散啸叫声，持续时间维持将近10秒，当压力复压至90kPa后，此类啸叫声才逐步消失。

右图为安装消声器后的噪声时频图。此消声器不仅完全抑制并消除了上述中高频离散啸叫声的产生，而且在总声压级范围内，取得30.3dB的降噪效果。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；其特征在于：所述消声管道包括镂空的支撑单元和设置在支撑单元外表面的透气介质,外部气流通过透气介质进入气流管道。

2.一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；其特征在于：所述气流管道沿着气流方向进气口与气流管道的特性阻抗不一致。

3.根据权利要求2所述的一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，其特征在于所述进气口端面设置有透气介质。

4.一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；其特征在于：所述气流管道沿着气流方向出气口与气流管道的特性阻抗不一致。

5.根据权利要求4所述的一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，其特征在于所述出气口上设置有导流单元。

6.一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，包括气流管道和消声管道，所述气流管道同轴设置在消声管道内，所述气流管道壁面上设置有若干个消音孔，气流管道与消声管道之间填充有吸音介质；其特征在于：

所述消声管道包括镂空的支撑单元和设置在支撑单元外表面的透气介质,外部气流通过透气介质进入气流管道,

所述气流管道沿着气流方向进气口、出气口、气流管道三者相互的特性阻抗不一致。

7.一种导流单元，其特征在于包括连接端和喷口端，所述连接端与气流管道的出气口进行连接，喷口端的喷气口径小于连接端的进气口径。

8.根据权利要求7所述的一种导流单元，其特征在于所述导流单元从连接端到喷口端具有收缩、或者扩展的曲线特征。

9.根据权利要求7或8所述的一种消除离散高频啸叫声的消声器装置，其特征在于所述导流单元从连接端到喷口端不同区域的内壁面为不同材质，实现导流单元内表面阻抗不一致。