CN111140721A - 一种螺旋式降噪装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螺旋式降噪装置及其方法。该装置由前辅助管、后辅助管和螺旋降噪元件组成。前辅助管由直管和一对法兰组成；后辅助管由直管和一对法兰组成，且内壁面有圆柱体定位凸起，起到螺旋降噪元件的定位作用。螺旋降噪元件由6片开孔螺旋片、前端连接圆环、开孔圆盘、环形片和后端连接圆环组成，各部分通过焊接的方式连接。螺旋式降噪装置根据节流效应和螺旋式的流道起到消耗过热蒸汽能量的作用，从而实现降低过热蒸汽的气动噪声。同时，与传统的降噪孔板相比，开孔螺旋片间的间隙增强了流通性能，可降低推动蒸汽流动的能耗。

Description

一种螺旋式降噪装置及其方法
技术领域
本发明涉及降噪装置，尤其涉及一种螺旋式的降噪装置及其方法。
背景技术
由于减压阀的节流作用，高温高压的过热蒸汽流经减压阀时会受到剧烈的扰动，从而引发巨大的气动噪声。在减压阀后设置降噪孔板是降低减压阀内的气动噪声的有效途径，具有结构简单的优点。但是在减压阀后设置降噪孔板，会显著增大流动阻力，降低减压阀的流通性能，若要保证减压阀的流量不变则需要更大的动力消耗。因此，在保证降噪效果的同时，如何尽可能的降低降噪装置的阻力，提高降噪装置的流通性能，是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种螺旋式降噪装置，在保证降噪效果的前提下，降低降噪装置的阻力，提供其流通性能。
本发明采用的技术方案是：
一种螺旋式降噪装置，该螺旋式降噪装置由前辅助管、后辅助管、螺旋降噪元件组成；
所述前辅助管和后辅助管通过法兰结构连接；
所述的螺旋降噪元件由前端连接圆环、环形片、若干片开孔螺旋片、后端连接圆环和开孔圆盘组成；其中，前端连接圆环与环形片同心布置于螺旋降噪元件的前端面上，后端连接圆环与开孔圆盘同心布置于螺旋降噪元件的后端面上，环形片与环形片同轴；若干片开孔螺旋片绕着螺旋降噪元件的中心轴周向均布，且每片开孔螺旋片均为具有扭转曲面的非平直件，开孔螺旋片的前端面两侧分别固定在内部的连接圆环和外部的环形片上，开孔螺旋片的后端面两侧分别固定在内部的开孔圆盘和外部的后端连接圆环上；所述开孔圆盘上均匀开设有若干通孔；所述开孔螺旋片上均匀开设有若干通孔；所有开孔螺旋片扭转方向相同，相邻两片开孔螺旋片之间形成螺旋扭转的流体通道；
所述的螺旋降噪元件通过前端连接圆环固定于前辅助管和后辅助管之间的法兰结构中，所述开孔圆盘位于所述法兰结构下游的后辅助管内。
作为优选，所述前辅助管由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与外部管道相连，后端的法兰用于与后辅助管相连。
作为优选，所述后辅助管由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与前辅助管相连，后端的法兰用于与外部管道相连。
作为优选，所述后辅助管的直管内壁沿周向均布若干个定位凸起件，所述后端连接圆环的外壁周向设置等量的定位凹槽，所述定位凸起件一一对应卡入后端连接圆环上的定位凹槽中，构成对所述的螺旋降噪元件的定位和轴向旋转限制。
作为优选，所述的法兰结构中，前辅助管和后辅助管的法兰盘通过螺栓连接的方式装配，所述前端连接圆环被夹持与两个法兰盘之间。
进一步的，所述的定位凸起件焊接固定于后辅助管的直管内壁上，定位凸起件与定位凹槽的截面均为半圆形。
作为优选，所述开孔螺旋片是通过将一条状截面经过螺旋扫略得到的，螺旋扫略所围绕的中心是环形片与环形片的同轴轴心线；所述开孔螺旋片的外径等于所述后辅助管的内径。
作为优选，所述螺旋降噪元件中，开孔螺旋片的数量为6片；所述开孔螺旋片的螺距为开孔螺旋片前端面和后端面间距的3倍；所述开孔螺旋片的外径等于所述后辅助管的内径；相邻两片开孔螺旋片在不同位置的距离相等；所述开孔螺旋片上开孔的轴垂直于螺旋面。
作为优选，所述开孔圆盘中心开一个通孔，其余6个通孔围绕中心通孔按环形均匀分布。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述螺旋式降噪装置的减压阀降噪方法，其步骤如下：
将所述螺旋式降噪装置安装于待降噪的减压阀后方管道上，使减压阀中流出的过热蒸汽沿着前辅助管进入螺旋降噪元件；部分过热蒸汽经过前端连接圆环外的通道穿过开孔螺旋片上的通孔或沿着开孔螺旋片的螺旋表面流动，从而消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；剩余过热蒸汽穿过前端连接圆环的内孔后，一部分从开孔螺旋片的间隙间沿着螺旋表面流动，在旋转流动过程中消耗过热蒸汽的能量，另一部分过热蒸汽将穿过开孔圆盘上的通孔，利用这些通孔消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；最终，经过螺旋降噪元件后的过热蒸汽，通过后辅助管排出。
相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：
本发明将螺旋式降噪装置设置在减压阀后方，在螺旋降噪元件设计开孔螺旋片对沿管道流动过热蒸汽有节流作用，而开孔螺旋片之间的间隙又增大了流通性能。由此，本发明可有效降低高温高压过热蒸汽流经减压阀时产生的气动噪声，并且其流通性能与传统的降噪孔板相比有显著提高。
附图说明
图1是本发明的装配示意图。
图2是本发明中螺旋降噪元件的左下轴测图和右上轴测图。
图3是本发明中螺旋降噪元件的主视图和左视图。
图中附图标记为：1为前辅助管，2为螺旋降噪元件，3为后辅助管，2-1为前端连接圆环，2-2为环形片，2-3为开孔螺旋片，2-4为后端连接圆环，2-5为开孔圆盘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，为本发明的一个较佳实施例中提供的一种螺旋式降噪装置，该螺旋式降噪装置由前辅助管1、后辅助管3、螺旋降噪元件2组成，装置整体安装于减压阀后方的管道上，使过热蒸汽依次流过减压阀和降噪装置。
其中，前辅助管1由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与外部管道相连，后端的法兰用于与后辅助管3相连。同样的，后辅助管3由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与前辅助管1相连，后端的法兰用于与外部管道相连。在前辅助管1、后辅助管3中，直管的管径由螺旋式降噪装置使用环境的流量决定，管壁厚度由降噪装置使用环境的压力决定，法兰厚度及法兰上的螺栓孔数量由螺旋式降噪装置使用环境的压力决定。
前辅助管1和后辅助管3的法兰盘通过螺栓连接的方式装配，构成一个用于夹持螺旋降噪元件2的前端连接圆环2-1的法兰结构。螺旋降噪元件2整体由于前端连接圆环2-1被夹持与两个法兰盘之间而实现前端固定。
如图2和3所示，螺旋降噪元件2由前端连接圆环2-1、环形片2-2、若干片开孔螺旋片2-3、后端连接圆环2-4和开孔圆盘2-5组成。本实施例中，开孔螺旋片2-3共有6个。其中，前端连接圆环2-1与环形片2-2同心布置于螺旋降噪元件2的前端面上，环形片2-2在内，前端连接圆环2-1在外，后端连接圆环2-4与开孔圆盘2-5同心布置于螺旋降噪元件2的后端面上，开孔圆盘2-5在内，后端连接圆环2-4在外。且环形片2-2与环形片2-2同轴，其轴线也就是整个螺旋降噪元件2的中轴线。整个螺旋降噪元件2以其中轴线为中心，呈中心对称。6片开孔螺旋片2-3绕着螺旋降噪元件2的中心轴周向均布，且每片开孔螺旋片2-3均为具有扭转曲面的非平直件。每一片开孔螺旋片2-3的前端面两侧分别固定在内部的连接圆环2-1和外部的环形片2-2上，开孔螺旋片2-3的后端面两侧分别固定在内部的开孔圆盘2-5和外部的后端连接圆环2-4上。6片开孔螺旋片2-3扭转方向相同，相邻两片开孔螺旋片2-3之间形成螺旋扭转的流体通道。相邻两片开孔螺旋片2-3在不同位置的距离相等，开孔螺旋片2-3上开孔的轴垂直于螺旋面。
在本实施例中，开孔螺旋片2-3是通过将一条状截面经过螺旋扫略得到的，螺旋扫略所围绕的中心是环形片2-2与环形片2-2的同轴轴心线，开孔螺旋片2-3的外径等于后辅助管3的内径。另外，开孔圆盘2-5上均匀开设有若干通孔，开孔螺旋片2-3上也均匀开设有若干通孔。
整个螺旋降噪元件2通过前端连接圆环2-1固定于前辅助管1和后辅助管3之间的法兰结构中，而则开孔圆盘2-5位于法兰结构下游的后辅助管3内。除了前端连接圆环2-1被夹持固定外，后端连接圆环2-4也同样进行固定，其固定方式是通过设置固定件来实现的。在本实施例中，参见图1所示，后辅助管3的直管内壁沿周向均布6个定位凸起件，后端连接圆环2-4的外壁周向设置6个定位凹槽，定位凸起件焊接固定于后辅助管3的直管内壁上，定位凸起件与定位凹槽的截面均为半圆形。定位凸起件一一对应卡入后端连接圆环2-4上的定位凹槽中，构成对所述的螺旋降噪元件2的定位和轴向旋转限制。
螺旋式降噪装置根据节流效应和螺旋式的流道起到消耗过热蒸汽能量的作用，从而实现降低过热蒸汽的气动噪声。同时，与传统的降噪孔板相比，开孔螺旋片间的间隙增强了流通性能，可降低推动蒸汽流动的能耗。为了保证所有流经螺旋降噪元件2的流体都能够得到消能和降噪处理，开孔螺旋片的螺旋外径应当等于后辅助管的内径。
基于上述螺旋式降噪装置的减压阀降噪方法，其步骤如下：
将螺旋式降噪装置安装于待降噪的减压阀后方管道上，使减压阀中流出的过热蒸汽沿着前辅助管1进入螺旋降噪元件2；部分过热蒸汽经过前端连接圆环2-1外的通道穿过开孔螺旋片2-3上的通孔或沿着开孔螺旋片2-3的螺旋表面流动，从而消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；剩余过热蒸汽穿过前端连接圆环2-1的内孔后，一部分从开孔螺旋片2-3的间隙间沿着螺旋表面流动，在旋转流动过程中消耗过热蒸汽的能量，另一部分过热蒸汽将穿过开孔圆盘2-5上的通孔，利用这些通孔消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；最终，经过螺旋降噪元件2后的过热蒸汽，通过后辅助管3排出。
下面基于上述图1～图3展示的螺旋式降噪装置，结合一个具体的应用例来说明其达到的技术效果。
螺旋式降噪装置的具体结构如前所述，其具体的结构参数如下：
本应用中，前辅助管1和后辅助管3的内径设为200mm。将开孔螺旋片2-3的条状截面形状设置为圆弧状，圆弧半径为100mm，条状截面与流道半径的夹角设置为30°。开孔螺旋片2-3的螺距为300mm，前端面与后端面间的距离为100mm。开孔螺旋片2-3的外径与后辅助管3的内径相等，即为200mm，开孔螺旋片2-3的内径设为50mm。开孔螺旋片2-3上小孔的直径为10mm，第一行小孔的轴心所在平面距开孔螺旋片2-3的前端面10mm，其余各行小孔的轴心所在平面的距离均为16mm。开孔螺旋片2-3上每一行布置5个小孔，在各行中靠近开孔螺旋片2-3内边缘的第一个小孔轴心位于以螺旋轴心为圆心，直径为70mm的圆上；靠近开孔螺旋片2-3内边缘的第二个小孔轴心位于以螺旋轴心为圆心，直径为97.5mm的圆上；靠近开孔螺旋片2-3内边缘的第三个小孔轴心位于以螺旋轴心为圆心，直径为125mm的圆上；靠近开孔螺旋片2-3内边缘的第四个小孔轴心位于以螺旋轴心为圆心，直径为152.5mm的圆上；靠近开孔螺旋片2-3内边缘的第五个小孔轴心位于以螺旋轴心为圆心，直径为180mm的圆上。开孔螺旋片2-3上的小孔中心轴均垂直于开孔螺旋片2-3的螺旋表面。
如图3所示，开孔圆盘2-5的外径与开孔螺旋片2-3的内径相等。开孔圆盘2-5上的小孔直径为10mm，中心有一个小孔，在中心小孔的周围环形均布了6个小孔，这6个小孔与中心小孔的孔心距为15mm。
如图3所示，环形片2-2的内径与开孔螺旋片2-3的外径相等；前端连接圆环2-1的内径与开孔螺旋片2-3的内径相等；后端连接圆环2-4的外径与开孔螺旋片2-3的外径相等。
将上述结构参数下设计的螺旋式降噪装置置于一个减压阀后，过热蒸汽沿着前辅助管1进入螺旋降噪元件2。开孔螺旋片2-3对沿管道流动过热蒸汽有节流作用，而开孔螺旋片2-3之间的间隙又增大了流通性能。位于前端连接圆环2-1外的过热蒸汽将穿过开孔螺旋片2-3上的小孔或沿着开孔螺旋片2-3的螺旋表面流动，这会消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用。位于前端连接圆环2-1内的过热蒸汽，一部分从开孔螺旋片2-3的间隙间沿着螺旋表面流动，在旋转流动过程中也能消耗过热蒸汽的能量；另一部分过热蒸汽将穿过开孔圆盘2-5上的小孔，这些小孔同样能消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用。
设置以下工况：过热蒸汽的温度为350℃，入口压力为1MPa(表压)，依次流过减压阀和降噪装置后，出口压力降低为0MPa(表压)。为显示螺旋式降噪装置的降噪效果和流通性能，这里将降噪装置分别设置为螺旋式降噪装置和传统的降噪孔板(开孔率为22.75％，孔径为10mm)，另外还设置一组对比装置，只有减压阀而不包括本发明的螺旋式降噪装置。在两种降噪装置的作用下，过热蒸汽的气动噪声最大声功率级和质量流量如表1所示。从表1可以看出，螺旋式降噪装置的降噪效果和流通性能均优于传统降噪孔板。
表1不同装置的降噪效果对比
最大声功率级(dB) 质量流量(kg/s)
无降噪装置 123 12.91
传统降噪孔板 120 7.17
螺旋式降噪装置 115 9.35
本发明提出的螺旋式降噪装置，利用节流作用和螺旋流动作用消耗过热蒸汽的能量，起到降低过热蒸汽气动噪声的作用。同时，与传统的降噪孔板相比，开孔螺旋片间的间隙增强了流通性能，可降低推动蒸汽流动的能耗。
应当明确，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种螺旋式降噪装置，其特征在于：螺旋式降噪装置由前辅助管(1)、后辅助管(3)、螺旋降噪元件(2)组成；
所述前辅助管(1)和后辅助管(3)通过法兰结构连接；
所述的螺旋降噪元件(2)由前端连接圆环(2-1)、环形片(2-2)、若干片开孔螺旋片(2-3)、后端连接圆环(2-4)和开孔圆盘(2-5)组成；其中，前端连接圆环(2-1)与环形片(2-2)同心布置于螺旋降噪元件(2)的前端面上，后端连接圆环(2-4)与开孔圆盘(2-5)同心布置于螺旋降噪元件(2)的后端面上，环形片(2-2)与环形片(2-2)同轴；若干片开孔螺旋片(2-3)绕着螺旋降噪元件(2)的中心轴周向均布，且每片开孔螺旋片(2-3)均为具有扭转曲面的非平直件，开孔螺旋片(2-3)的前端面两侧分别固定在内部的连接圆环(2-1)和外部的环形片(2-2)上，开孔螺旋片(2-3)的后端面两侧分别固定在内部的开孔圆盘(2-5)和外部的后端连接圆环(2-4)上；所述开孔圆盘(2-5)上均匀开设有若干通孔；所述开孔螺旋片(2-3)上均匀开设有若干通孔；所有开孔螺旋片(2-3)扭转方向相同，相邻两片开孔螺旋片(2-3)之间形成螺旋扭转的流体通道；
所述的螺旋降噪元件(2)通过前端连接圆环(2-1)固定于前辅助管(1)和后辅助管(3)之间的法兰结构中，所述开孔圆盘(2-5)位于所述法兰结构下游的后辅助管(3)内。
2.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述前辅助管(1)由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与外部管道相连，后端的法兰用于与后辅助管(3)相连。
3.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述后辅助管(3)由直管和一对法兰组成，直管的两端各设一个法兰，前端的法兰用于与前辅助管(1)相连，后端的法兰用于与外部管道相连。
4.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述后辅助管(3)的直管内壁沿周向均布若干个定位凸起件，所述后端连接圆环(2-4)的外壁周向设置等量的定位凹槽，所述定位凸起件一一对应卡入后端连接圆环(2-4)上的定位凹槽中，构成对所述的螺旋降噪元件(2)的定位和轴向旋转限制。
5.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述的法兰结构中，前辅助管(1)和后辅助管(3)的法兰盘通过螺栓连接的方式装配，所述前端连接圆环(2-1)被夹持与两个法兰盘之间。
6.根据权利要求4所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述的定位凸起件焊接固定于后辅助管(3)的直管内壁上，定位凸起件与定位凹槽的截面均为半圆形。
7.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述开孔螺旋片(2-3)是通过将一条状截面经过螺旋扫略得到的，螺旋扫略所围绕的中心是环形片(2-2)与环形片(2-2)的同轴轴心线；所述开孔螺旋片(2-3)的外径等于所述后辅助管(3)的内径。
8.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述螺旋降噪元件(2)中，开孔螺旋片(2-3)的数量为6片；所述开孔螺旋片(2-3)的螺距为开孔螺旋片(2-3)前端面和后端面间距的3倍；所述开孔螺旋片的外径等于所述后辅助管的内径；相邻两片开孔螺旋片(2-3)在不同位置的距离相等；所述开孔螺旋片(2-3)上开孔的轴垂直于螺旋面。
9.根据权利要求1所述的螺旋式降噪装置，其特征在于：所述开孔圆盘(2-5)中心开一个通孔，其余6个通孔围绕中心通孔按环形均匀分布。
10.一种利用如权利要求1～9任一所述螺旋式降噪装置的减压阀降噪方法，其特征在于，步骤如下：
将所述螺旋式降噪装置安装于待降噪的减压阀后方管道上，使减压阀中流出的过热蒸汽沿着前辅助管(1)进入螺旋降噪元件(2)；部分过热蒸汽经过前端连接圆环(2-1)外的通道穿过开孔螺旋片(2-3)上的通孔或沿着开孔螺旋片(2-3)的螺旋表面流动，从而消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；剩余过热蒸汽穿过前端连接圆环(2-1)的内孔后，一部分从开孔螺旋片(2-3)的间隙间沿着螺旋表面流动，在旋转流动过程中消耗过热蒸汽的能量，另一部分过热蒸汽将穿过开孔圆盘(2-5)上的通孔，利用这些通孔消耗过热蒸汽的能量，起到降低噪声的作用；最终，经过螺旋降噪元件(2)后的过热蒸汽，通过后辅助管(3)排出。
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