CN111706739A - 一种分频组合压力脉动衰减装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于消声技术领域，并具体公开了一种分频组合压力脉动衰减装置及方法，其包括本体、蓄能器和衰减器，其中本体为中空结构，用于作为待衰减流体的输送通道；所述蓄能器设置在所述本体上，并与所述输送通道导通；所述衰减器环绕所述蓄能器设置，并且同样与所述输送通道导通；以此，通过蓄能器和衰减器的配合实现流体压力脉动的衰减。本发明可有效降低流体噪声和管路振动，适用于各种流体例如水、液压油、气体等的压力脉动的多级频率衰减。

Description

一种分频组合压力脉动衰减装置及方法

技术领域

本发明属于消声技术领域，更具体地，涉及一种分频组合压力脉动衰减装置及方法。

背景技术

为了消除流体动力系统的压力脉动，达到降低噪声和振动的目的，一般需要在系统的管路中设置压力脉动消声器，也可叫压力脉动衰减器。目前，常见的压力脉动衰减器有蓄能器和亥姆霍兹消声器，然而传统蓄能器的固有频率较低，其消减低频压力脉动效果较佳，消减高频压力脉动效果较差，故单独采用传统蓄能器无法同时消除低频压力脉动和高频压力脉动，即无法实现压力脉动的多频率衰减；而亥姆霍兹消声器常用作气体消声器，其固有频率较大，将其用于其他流体例如水、液压油时，其体积质量需要设计的较大。

因此，针对目前的流体压力脉动消声结构而言，仍需进一步进行研究以获得可实现多个频率衰减、且适用范围更大的衰减装置，进而达到减噪目的，提高系统运行的稳定性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种分频组合压力脉动衰减装置及方法，其通过对衰减装置具体结构组成及各组成的具体布置方式的设计，可实现压力脉动的多频率衰减，有效降低流体噪声和管路振动，可适用于各种流体例如水、液压油、气体等的压力脉动的多级频率衰减，适用范围广。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种分频组合压力脉动衰减装置，其包括本体、蓄能器和衰减器，其中，所述本体为中空结构，其中空部分用于作为待衰减流体的输送通道；所述蓄能器设置在所述本体的外部，并与所述输送通道导通；所述衰减器环绕所述蓄能器设置，并且同样与所述输送通道导通，以此通过蓄能器和衰减器的配合实现流体压力脉动的衰减。

作为进一步优选的，所述蓄能器包括蓄能器容腔、蓄能器盖板和隔膜，其中，所述蓄能器容腔直接开设在所述本体上，其底部开设有与所述输送通道导通的蓄能器孔，其顶部由所述蓄能器盖板封闭；所述隔膜设置在所述蓄能器容腔内以将蓄能器容腔分为两个独立的空间，定义为气体容纳空间和流体容纳空间，同时该隔膜通过所述蓄能器盖板压紧在所述本体上；所述蓄能器盖板上开设有充气接口，通过该充气接口为所述气体容纳空间充气。

作为进一步优选的，所述衰减器包括衰减器容腔，其环绕所述蓄能器容腔设置，并且直接开设在所述本体上，该衰减器容腔的底部开设有与所述输送通道导通的阻尼孔，其顶部封闭。

作为进一步优选的，所述衰减器容腔的顶部由蓄能器盖板封闭。

作为进一步优选的，所述本体与蓄能器盖板的接触面上嵌装有密封圈。

作为进一步优选的，所述蓄能器盖板上安装有圆环，该圆环套装在蓄能器容腔的外部且与其螺纹连接。

作为进一步优选的，所述圆环与蓄能器盖板的接触面上嵌装有密封圈。

作为进一步优选的，蓄能器盖板上设置有与蓄能器容腔配合的环形凸出结构，该环形凸出结构上开设有凹槽，隔膜开口端嵌装在该凹槽内，以此实现隔膜的可靠装配及密封。

作为进一步优选的，所述本体优选为方形，所述蓄能器和衰减器优选为四个，四个蓄能器分别布置在方形本体的四个面上，四个衰减器分别环绕对应的蓄能器设置，即一个蓄能器的外部环绕设置一个衰减器，且各衰减器之间彼此连通形成一衰减器大容腔。

作为进一步优选的，所述本体的两端设置有用于连接管路的法兰。

作为进一步优选的，所述隔膜的底部设计为平面，且隔膜内部的底部设置有凸起结构。

作为进一步优选的，所述蓄能器优选用于衰减轴频脉动，衰减器优选用于衰减叶频脉动。

作为进一步优选的，所述蓄能器采用如下步骤进行参数设计：

(1)首先，确定蓄能器的有效容积V_有效：

其中，ΔV为一个脉动周期内待衰减对象的脉动体积；δ为初始的压力脉动率；k为充气气体多变指数；

(2)然后，根据蓄能器的有效容积V_有效确定蓄能器的初始容积V_初始：

其中，s为压力系数；

(3)接着，根据蓄能器初始容积V_初始确定隔膜容积V_隔膜，并根据隔膜容积V_隔膜设计隔膜尺寸使得气体容纳空间的大小等于隔膜容积V_隔膜；

(4)再根据下式确定出蓄能器孔的深度l_A及蓄能器孔总面积a_A：

其中，f_AN为待衰减的频率，K为气体绝热系数，a_A为蓄能器孔总面积，p₀为流体的平均压力，ρ为流体的密度，l_A为蓄能器孔的深度；V_隔膜为隔膜容积；

(5)最后，根据蓄能器孔总面积a_A采用下式确定出蓄能器孔的开设数量n：

其中，d为预设的蓄能器孔的直径。

作为进一步优选的，所述衰减器采用如下步骤进行参数设计：

(1)首先，确定衰减器的有效容积V_H；

(2)然后，根据下式确定阻尼孔深度l_H及阻尼孔总面积a_H：

式中，f_HN为待衰减的频率，β_e为流体的体积弹性模量，a_H为阻尼孔总面积，ρ为流体的密度，l_H为阻尼孔深度，V_H为衰减器有效容积；

(3)最后，根据阻尼孔总面积a_H采用下式确定出阻尼孔的开设数量：

其中，d₁为预设的阻尼孔的直径。

按照本发明的另一方面，提供了一种分频组合压力脉动衰减方法，其采用所述的衰减装置实现，其包括如下步骤：

1)在蓄能器中充入设定压力的气体；

2)使待衰减处理的流体进入衰减装置的中空部分，并经中空部分进入衰减器中，且当流体的压力高于气体压力时，流体还进入蓄能器中，当流体的压力低于气体压力时，流体再从蓄能器中排出，以此通过衰减器和蓄能器的配合实现流体压力脉动的衰减。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过设计包括本体、蓄能器和衰减器的衰减装置，并将蓄能器设置在本体外部且与本体中部导通，衰减器设计成环绕蓄能器设置且与本体中部导通，以将蓄能器和衰减器集为一体，通过蓄能器和衰减器的独立工作及配合作用实现流体压力脉动的多频率衰减，从而有效降低流体噪声和管路振动。

2.本发明蓄能器的容腔直接开设在本体上，衰减器容腔同样直接开设在本体上，由此使得本体和蓄能器容腔及衰减器容腔为一整体，有效提高衰减装置的结构稳定性及衰减效果的可靠性。

3.本发明优选通过蓄能器盖板同时封闭蓄能器容腔和衰减器容腔，可进一步提高衰减装置整体结构稳定性，从而保证衰减效果。

4.本发明通过设置圆环可有效提高蓄能器盖板的承受强度，防止压力过大时蓄能器盖板发生变形。

5.本发明中的隔膜底部设计为平面，可便于加工制造，且隔膜内部的底部设置有凸起结构，以使得隔膜的底部加厚，防止气体压力过大时压入蓄能器孔中，有效提高隔膜的使用寿命和衰减的可靠性。

6.本发明衰减装置的本体优选设计为方形，蓄能器和衰减器优选设计为四个，四个蓄能器布置在方形本体的四个面上，使得衰减装置为轴对称结构，可有效提高衰减效果，并降低装置的加工难度。

7.本发明设计的衰减装置可通过对蓄能器和衰减器参数的设计，实现待衰减对象轴频和叶频的衰减。

8.本发明还针对性的给出了蓄能器和衰减器参数设计的具体操作步骤，可为衰减装置的实际应用提供指导。

附图说明

图1是本发明实施例提供的分频组合压力脉动衰减装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的蓄能器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的衰减器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的蓄能器与圆环的连接示意图；

图5是本发明实施例提供的圆环结构示意图；

图6是本发明实施例提供的本体结构示意图；

图7是本发明实施例提供的方形本体的结构示意图；

图8是蓄能器孔等效直径为13mm时蓄能器孔的分布图；

图9是蓄能器孔等效直径为9.5mm时蓄能器孔的分布图；

图10是蓄能器孔等效直径为8mm时蓄能器孔的分布图；

图11是蓄能器孔等效直径为40mm时蓄能器孔的分布图；

图12是蓄能器盖板与隔膜的装配示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-本体，2-衰减器，3-蓄能器，4-圆环，5-蓄能器盖板，6-第一内六角螺钉，7-蓄能器容腔，8-隔膜，9-组合密封圈，10-充气接口，11-蓄能器孔，12-密封圈，13-衰减器容腔，14-阻尼孔，15-进口，16-进口法兰，17-输送通道，18-密封槽，19-出口，20-出口法兰，21-第二内六角螺钉，22-防护螺帽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种分频组合压力脉动衰减装置，其包括本体1、蓄能器3和衰减器2，其中，本体1为中空结构，用于作为待衰减流体的输送通道17；蓄能器3设置在本体1外部，并与输送通道17导通；衰减器2环绕蓄能器3设置，并且同样与输送通道17导通，以此，通过蓄能器和衰减器的配合实现流体压力脉动的衰减。

如图2所示，蓄能器3包括蓄能器容腔7、蓄能器盖板5和隔膜8，其中，蓄能器容腔7直接开设在本体1上，蓄能器容腔7的底部开设有与输送通道17导通的蓄能器孔11，蓄能器孔11同样开设在本体1上，也即在本体1上开设导通蓄能器容腔7与输送通道17的蓄能器孔11。蓄能器容腔7的顶部由蓄能器盖板5封闭，以使蓄能器容腔为一封闭的腔体。本发明设计的蓄能器具有质量轻、薄隔膜变形阻力小、无惯性、吸收压力脉动性能好等优点，可用于动作频率高、容积小的液压装置中吸收液压脉动。

具体的，蓄能器盖板5通过第一内六角螺钉6与本体1相连，实现容腔的密封。隔膜8设置在蓄能器容腔7内以将蓄能器容腔7分为两个独立的空间，定义为气体容纳空间和流体容纳空间，同时该隔膜8通过蓄能器盖板5压紧在本体1上。具体的，隔膜8与蓄能器盖板5之间的空间为气体容纳空间，隔膜8与蓄能器容腔7的内壁及底部之间的空间为流体容纳空间。蓄能器盖板5上还开设有充气接口10，通过该充气接口10可以为气体容纳空间充气。本发明设计的上述蓄能器具有质量轻、薄膜变形阻力小、无惯性、吸收压力脉动性能好等优点，可用于动作频率高、容积小的液压装置中吸收流体的液压脉动。

具体的，充气接口10内加工有外螺纹，用于与充气工具连接，实现充气，具体的气体可以为氮气。不充气或充完气后，充气接口10通过内六角螺钉压紧组合密封圈9进行密封。进一步的，充气接口10的外部还套装有防护螺帽22，以进行防护。

进一步的，如图12所示，蓄能器盖板5上设置有与蓄能器容腔7配合的环形凸出结构，该环形凸出结构上开设有凹槽，隔膜8开口端嵌装在该凹槽内，以此实现隔膜的可靠装配及密封，隔膜与蓄能器盖板之间形成的密封空间即为气体容纳空间。

工作时，当流体的压力高于气体容纳空间内气体的压力时，流体会通过蓄能器孔11进入到蓄能器容腔7与隔膜8形成的容腔(即流体容纳空间)中，隔膜8收缩，使流体不断进入流体容纳空间中；当流体的压力低于气体容纳空间内气体的压力时，隔膜8扩张，流体从流体容纳空间通过蓄能器孔11进入到输送通道17中，从而减小压力脉动。考虑到隔膜8的加工难度，隔膜的底部设计为平底，且为了防止隔膜膨胀后进入蓄能气孔，隔膜内部的底部设置有凸起结构，该凸起结构的面积大于所有蓄能器孔的总面积。

如图1和图3所示，衰减器2包括衰减器容腔13，其环绕蓄能器容腔7设置，并且直接开设在本体1上，该衰减器容腔13的底部开设有与输送通道17导通的阻尼孔14，阻尼孔14同样开设在本体1上，即在本体1上开设导通衰减器容腔13与输送通道17的阻尼孔14。衰减器容腔13的顶部封闭，以使衰减器容腔为一封闭的腔体。为了保证衰减器容腔的密封可靠性、装置整体结构的紧凑和稳定性，本发明优选通过蓄能器盖板5封闭衰减器容腔13的顶部，即蓄能器容腔7和衰减器容腔13两者直接由一个整体部件即蓄能器盖板封闭，由此提高蓄能器容腔7和衰减器容腔13两者密封可靠性，同时提高衰减器装置整体的结构稳定性。工作时，流体从阻尼孔14进入到衰减器容腔13中，从而对流体的压力脉动进行衰减。

如图4和图5所示，由于蓄能器盖板5的面积较大，且要承受来自蓄能器容腔7及衰减器容腔13中待衰减流体的压力，当压力过大时，蓄能器盖板5易发生变形，故在蓄能器盖板5上安装有一圆环4，该圆环4套装在蓄能器容腔7外部且与蓄能器容腔7外部螺纹连接。具体的，蓄能器容腔7的外表面加工有外螺纹，圆环4的内表面加工内螺纹，通过该内螺纹与蓄能器容腔上外螺纹的配合实现圆环与蓄能器容腔的螺纹连接，该圆环4则通过第二内六角螺钉21与蓄能器盖板5相连，通过设置该圆环可有效提高蓄能器盖板5的承受强度，防止压力过大时蓄能器盖板发生变形。进一步的，圆环4与蓄能器盖板5的接触面上嵌装有密封圈，具体而言，圆环4与蓄能器盖板5的接触面上开设密封槽，然后将密封圈嵌装在该密封槽内，以实现有效密封，防止蓄能器容腔和衰减器容腔中的流体泄漏，该密封圈优选为O型圈，优选设置两个。

为了提高蓄能器容腔7和衰减器容腔13的密封性，在本体1与蓄能器盖板5的接触面上嵌装有密封圈12。具体的，在本体1与蓄能器盖板5的接触面上开设密封槽18，然后将密封圈12嵌装在该密封槽18内，以实现有效密封，防止蓄能器容腔和衰减器容腔中的流体泄漏，该密封圈优选为O型圈。

具体的，蓄能器容腔和衰减器容腔直接开设在本体上，由此与本体一体成形，可有效提高衰减装置的整体结构稳定性和衰减的可靠性。本体优选由铝青铜加工而成，其两端分别用于连接管路，以实现管路中流体压力脉动的衰减，其中流体进入的一端为进口15，流体流出的一端为出口19。为了便于衰减装置与管路相连，实现管路中流体的压力脉动的衰减，优选在本体的两端(即输送通道的两端)设置有法兰。如图6所示，在进口15一端设置进口法兰16，在出口19一端设置出口法兰20，以此通过进口法兰16与一段管路相连，通过出口法兰20与另一段管路相连，以使得管路中的流体经衰减装置衰减后再经管路排出。

本发明中蓄能器可以设置一个或多个，为了保证衰减的效果，优选设置多个，而衰减器的数量与蓄能器的数量对应，当设置多个衰减器时，多个衰减器的容腔相连通以构成一个衰减器大容腔，提高衰减效果。为了加工的便利性及衰减的效果，本发明中的蓄能器优选设置四个，衰减器同样优选设置四个。

如图7所示，本体1设计为方形，蓄能器3和衰减器2均为四个，四个蓄能器沿方形本体外部周向分别布置在方形的四个面上，四个衰减器分别环绕对应的蓄能器设置，即一个蓄能器的外部环绕设置一个衰减器，且各衰减器之间彼此连通以形成一个衰减器大容腔。具体加工时，可选择一长方体形的材料，首先在其中部加工出输送通道17，然后在其四个面上分别加工出蓄能器容腔7，并环绕每个蓄能器容腔7分别对应加工出一个衰减器容腔13，同时将各个衰减器容腔13打通以形成一个大的腔体，此外在蓄能器容腔7底部加工出与输送通道17连通的蓄能器孔11，在衰减器容腔13内加工出与输送通道17连通的阻尼孔14。通过上述加工布置使得蓄能器容腔、衰减器容腔和本体一体成形，大大提高装置的整体稳定性以及衰减效果。此外，还可在方形本体的两端直接加工出连接管路的法兰。上述各加工步骤采用常规的数控铣床进行铣削加工即可完成。

加工完毕后，在各蓄能器容腔7及对应的衰减器容腔13上盖上蓄能器盖板5以将蓄能器容腔7及衰减器容腔13密封，以此即可获得分频组合压力脉动衰减装置，本发明中蓄能器3和衰减器2均优选设置四个，故蓄能器盖板5同样为四个，每个蓄能器盖板5对应封闭一蓄能器容腔7及环绕该蓄能器容腔7设置的对应的衰减器容腔13。

本发明的衰减装置集蓄能器和衰减器为一体，蓄能器和衰减器均可作为衰减部件进行压力脉动的衰减，以此通过本发明的衰减装置可实现多个频率的压力脉动的同时衰减。优选的，本发明中的蓄能器主要用于衰减轴频脉动，衰减器主要用于衰减叶频脉动。具体的，本发明通过参数优化设计以使得本发明设计的蓄能器主要实现轴频脉动的衰减，衰减器实现叶频脉动的衰减。

具体而言，采用以下流程设计蓄能器参数：

(1)首先确定蓄能器的有效容积：

其中，ΔV为一个脉动周期内待处理对象的脉动体积，当确定待处理对象后可通过数值模拟获得该参数，其为现有技术在此不赘述；δ为初始的压力脉动率，可实际测得；k为充气气体多变指数，本发明中取1.4；

(2)然后确定蓄能器的初始容积：

其中，s为压力系数，其为蓄能器充气压力相对于工作时管路中流体的压力(工作压力)的倍数，具体根据实际情况确定，本发明经过多次试验确定s＝0.6～0.9，优选为0.9；

(3)再根据蓄能器初始容积确定隔膜容积V_隔膜，具体的使隔膜容积略大于初始容积即可，一般取大于初始容积的最小整数，然后根据隔膜容积设计隔膜尺寸使得气体容纳空间的容积等于隔膜容积；

(4)根据公式(3)确定出蓄能器孔的深度l_A及蓄能器孔总面积a_A：

其中，f_AN为待衰减的频率(本发明为待衰减对象的轴频，也代表蓄能器的固有频率)，K为气体绝热系数，a_A为蓄能器孔总面积，p₀为流体的平均压力(即工作时管路中流体的压力，也即工作压力)，ρ为流体的密度，l_A为蓄能器孔深度，V_隔膜为隔膜容积，本发明设计的目的就是使蓄能器的固有频率与待衰减频率接近，越接近衰减效果越好。上述公式中f_AN、K、p₀、ρ和V_隔膜为已知参数，a_A和l_A为未知参数，将五个已知参数代入公式(3)中确定出合适的a_A和l_A，其中可以确定出多组a_A和l_A数据，可根据设计需要选择一组合适的数据即可。

(5)最后根据蓄能器孔总面积a_A确定出蓄能器孔的开设数量，以此完成蓄能器的设计，具体的，单个蓄能器孔的直径为d，按下述公式确定蓄能器孔开设个数：

采用以下流程设计衰减器的参数：

(1)首先确定衰减器的有效容积V_H，该有效容积V_H根据实际设计需要确定，本发明中优选为5L；

(2)然后根据公式(4)确定出衰减阻尼孔深度及阻尼孔总面积：

式中，f_HN为待衰减的频率(本发明为待衰减对象的叶频，也代表衰减器的固有频率)，β_e为流体的体积弹性模量，a_H为阻尼孔总面积，l_H为阻尼孔深度，V_H为衰减器有效容积，ρ为流体的密度，本发明设计的目的就是使衰减器的固有频率与待衰减频率接近，越接近衰减效果越好；

(3)最后，根据阻尼孔总面积a_H确定出阻尼孔的开设数量，以此完成衰减器的设计，具体的，单个阻尼孔的直径为d₁，按下述公式确定阻尼孔开设个数n：

本发明设计的衰减装置可以适用于任意存在压力脉动的系统，例如离心泵、液压泵等，即待处理对象可以为任意存在压力脉动的系统，通过对其排出的流体(例如水、液压油、气体等)进行压力脉动衰减进而实现对应系统压力脉动的衰减，当待处理对象确定后，可确定出其需要衰减的压力脉动的频率，例如轴频(低频)脉动和叶频(高频)脉动等，再根据需要衰减的频率设计对应的衰减器和蓄能器即可。

下面以离心泵为例对蓄能器和衰减器的设计进行详细说明，离心泵组叶片数为8，其额定工作时，输出流量150m³/h，扬程40m，额定转速2900r/min。根据相关文献可知其输出管路中会激发压力脉动，该压力脉动在轴频(fz＝48.3Hz)和叶频(fy＝387Hz)处比较突出。本实施例通过设计蓄能器和衰减器实现这两个频率的衰减，本实施例中设置四个蓄能器，初始的压力脉动率δ取3％，脉动体积ΔV为8.62×10^-6m³(通过模拟获得)，流体为水，基于上述设计基础进行具体的参数设计：

(1)蓄能器容积设计：

为了有效吸收轴频脉动，压力系数s取0.9，则吸收轴频脉动的蓄能器的初始容积为：

则隔膜容积V_隔膜设计为0.5L>0.46L，满足计算要求，根据该隔膜容积0.5L设计隔膜外形轮廓尺寸，隔膜设计为类似U形，其尺寸设计为Φ130mm×50mm可使得气体容纳空间容积约等于0.5L；

(2)蓄能器孔的设计：

根据上述公式确定蓄能器孔的深度及总面积，其中，K＝1.4，f_AN＝轴频＝48.3Hz，V_隔膜＝0.5L，p₀为流体的平均压力(即工作压力)，工作压力与环境压力(即管路出口处压力)有关，本实施例中对多个环境压力下的蓄能器孔的设计进行研究，环境压力为1MPa、2MPa、3MPa，工作压力一般略大于环境压力，本实施例中设定工作压力＝0.3MPa+环境压力；

针对轴频48.3Hz，若环境压力p₁＝1MPa，则工作压力p₀＝1.3MPa，根据公式

确定出合适的a_A＝1.33×10^-4m²，l_A＝0.005m(当然也有其他的数值组合，只需代入公式算出的数值与轴频接近即可，下同)，将上述得出的各参数代入公式

进行验算，计算出频率为49.4Hz，与轴频48.3Hz接近满足需求。

针对轴频48.3Hz，若环境压力p₁＝2MPa，则工作压力p₀＝2.3MPa，可取a_A＝7.1×10^-5m²，l_A＝0.005m，计算出

与轴频48.3Hz相等满足需求。

针对轴频48.3Hz，若环境压力p₁＝3MPa，则工作压力p₀＝3.3MPa，可取a_A＝5.0×10^-5m²，l_A＝0.005m，计算出

与轴频48.3Hz接近满足需求。

针对叶频387Hz，若环境压力p₁＝1MPa，则工作压力p₀＝1.3MPa，取a_A＝1.26×10^{- 3}m²，l_A＝0.002m，计算出

与叶频387Hz相差太多，无法满足要求。

针对叶频387Hz，环境压力取常用的环境压力，即p₁＝3MPa，则工作压力p₀＝3.3MPa，可取a_A＝1.26×10^-3m²，l_A＝0.002m，计算出

与叶频387Hz接近，满足要求。

本实施例中单个蓄能器孔的直径设计为d＝3mm，蓄能器孔开设个数n按公式

计算。当a_A＝1.33×10^-4m²时，可通过公式a_A＝π/4×d₀ ²计算蓄能器孔等效孔径d₀＝13mm，并可利用公式

计算n为19个，即开设19个蓄能器孔，如图8所示；当a_A＝7.1×10^-5m²时，可通过公式a_A＝π/4×d₀ ²计算蓄能器孔等效孔径d₀＝9.5mm，并利用公式

计算n为11个，即开设11个蓄能器孔，如图9所示；当a_A＝5.0×10^-5m²时，可通过公式a_A＝π/4×d₀ ²计算蓄能器孔等效孔径d₀＝8mm，并利用公式

计算n为8个，即开设8个蓄能器孔，如图10所示；当a_A＝1.26×10^-3m²时，可通过公式a_A＝π/4×d₀ ²计算蓄能器孔等效孔径d₀＝40mm，并利用公式

计算n为179个，即开设179个蓄能器孔，如图11所示。

具体设计参数如表1所示：

表1蓄能器参数设计表

序号

V<sub>隔膜</sub>

工作压力

充气压力

d<sub>0</sub>

l<sub>A</sub>

n

衰减对象

1

0.5L

1.3MPa

1.17MPa

13mm

5mm

19

轴频

2

0.5L

2.3MPa

2.07MPa

9.5mm

5mm

11

轴频

3

0.5L

3.3MPa

2.97MPa

8mm

5mm

8

轴频

4

0.5L

3.3MPa

2.97MPa

40mm

2mm

179

叶频

可见，通过对蓄能器各项参数的优化设计，可以使得蓄能器用于衰减不同环境压力下的轴频脉动，此外还可以使其用于衰减部分环境压力下的叶频脉动，例如可以将蓄能器设计成衰减环境压力3MPa下的叶频脉动。因此在实际设计中，可以将四个蓄能器分别设计成衰减环境压力1MPa下的轴频脉动、衰减环境压力2MPa下的轴频脉动、衰减环境压力3MPa下的轴频脉动以及衰减环境压力3MPa下的叶频脉动，具体根据实际需要进行设计即可，具体的设计参数参照表1进行。

(3)衰减器参数设计：

根据加工及设计要求，衰减器容腔总容积V_H设计为5L，即V_H＝0.005m³，衰减器用于衰减叶频387Hz，β_e＝2.4×10⁹Pa，将已知参数代入公式

然后确定出合适的a_H＝1.23×10^-4m²，l_H＝0.01m(当然也可以为其他的数值组合，只需代入公式算出的数值与轴频接近即可)，将各参数代入公式

进行计算，算得频率为386.7Hz，与叶频387Hz接近，满足要求。

本实施例中单个阻尼孔的直径设计为d₁＝4.4mm，阻尼孔开设个数n按公式

计算为8个，故可以设计8个Φ4.4mm×10mm的阻尼孔。通过对衰减器各项参数的上述优化设计，可以使其有效衰减叶频脉动。

本发明还提供了分频组合压力脉动衰减方法，其采用本发明设计的衰减装置实现，具体包括如下步骤：

1)首先，在蓄能器中充入设定压力的气体，具体的通过充气接口向气体容纳空间内充入气体；

2)然后，使待衰减处理的流体进入衰减装置的中空部分，并经中空部分进入衰减器中实现叶频脉动的衰减，且当流体的压力高于气体压力时，流体还进入蓄能器中，当流体的压力低于气体压力时，流体再从蓄能器中排出实现轴频脉动的衰减，以此通过衰减器和蓄能器的配合实现流体压力脉动(包括轴频和叶频)的衰减。

实际使用时，通过对蓄能器及衰减器参数(包括充气压力、容腔体积，对应孔的深度、直径及数量)的设计可使得蓄能器和衰减器分别对应衰减轴频和叶频脉动，以实现高低脉动的同时衰减。使用时将本发明的衰减装置安装在对应的管路中，管路中的流体经进口进入衰减装置，经过蓄能器和衰减器后，压力脉动得以衰减，然后从出口经管路排出。

本发明将蓄能器和衰减器集为一体，可有效综合两者的工作频段，实现多个频率的压力脉动的衰减，从而降低管路中流体的噪声及管路的振动，进而提高与管路相连的系统的运行稳定性和整体性能。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，包括本体(1)、蓄能器(3)和衰减器(2)，其中，所述本体(1)为中空结构，其中空部分用于作为待衰减流体的输送通道(17)；所述蓄能器(3)设置在所述本体(1)的外部，并与所述输送通道(17)导通；所述衰减器(2)环绕所述蓄能器(3)设置，并且同样与所述输送通道(17)导通，以此通过蓄能器和衰减器的配合实现流体压力脉动的衰减。

2.如权利要求1所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述蓄能器(3)包括蓄能器容腔(7)、蓄能器盖板(5)和隔膜(8)，其中，所述蓄能器容腔(7)直接开设在所述本体(1)上，其底部开设有与所述输送通道(17)导通的蓄能器孔(11)，其顶部由所述蓄能器盖板(5)封闭；所述隔膜(8)设置在所述蓄能器容腔(7)内以将蓄能器容腔(7)分为两个独立的空间，定义为气体容纳空间和流体容纳空间，同时该隔膜(8)通过所述蓄能器盖板(5)压紧在所述本体(1)上；所述蓄能器盖板(5)上开设有充气接口(10)，通过该充气接口(10)为所述气体容纳空间充气。

3.如权利要求1或2所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述衰减器(2)包括衰减器容腔(13)，其环绕所述蓄能器容腔(7)设置，并且直接开设在所述本体(1)上，该衰减器容腔(13)的底部开设有与所述输送通道(17)导通的阻尼孔(14)，其顶部封闭。

4.如权利要求3所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述衰减器容腔(13)的顶部由蓄能器盖板(5)封闭。

5.如权利要求2-4任一项所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述本体(1)与蓄能器盖板(5)的接触面上嵌装有密封圈(12)；优选的，所述蓄能器盖板(5)上安装有圆环(4)，该圆环(4)套装在所述蓄能器容腔(7)的外部且与其螺纹连接；优选的，所述圆环(4)与蓄能器盖板(5)的接触面上嵌装有密封圈；优选的，所述蓄能器盖板(5)上设置有与蓄能器容腔(7)配合的环形凸出结构，该环形凸出结构上开设有凹槽，所述隔膜(8)开口端嵌装在该凹槽内。

6.如权利要求1-5任一项所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述本体(1)优选为方形，所述蓄能器(3)和衰减器(2)优选为四个，四个蓄能器分别布置在方形本体的四个面上，四个衰减器分别环绕对应的蓄能器设置，即一个蓄能器的外部环绕设置一个衰减器，且各衰减器之间彼此连通形成衰减器大容腔。

7.如权利要求1-6任一项所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，优选的，所述本体(1)的两端设置有用于连接管路的法兰；优选的，所述隔膜(8)的底部设计为平面，且隔膜内部的底部设置有凸起结构；优选的，所述蓄能器优选用于衰减轴频脉动，衰减器优选用于衰减叶频脉动。

8.如权利要求1-7任一项所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述蓄能器采用如下步骤进行参数设计：

(1)首先，确定蓄能器的有效容积V_有效：

其中，ΔV为一个脉动周期内待衰减对象的脉动体积；δ为初始的压力脉动率；k为充气气体多变指数；

(2)然后，根据蓄能器的有效容积V_有效确定蓄能器的初始容积V_初始：

其中，s为压力系数；

(3)接着，根据蓄能器初始容积V_初始确定隔膜容积V_隔膜，并根据隔膜容积V_隔膜设计隔膜尺寸使得气体容纳空间的大小等于隔膜容积V_隔膜；

(4)再根据下式确定出蓄能器孔的深度l_A及蓄能器孔总面积a_A：

其中，f_AN为待衰减的频率，K为气体绝热系数，a_A为蓄能器孔总面积，p₀为流体的平均压力，ρ为流体的密度，l_A为蓄能器孔的深度；V_隔膜为隔膜容积；

(5)最后，根据蓄能器孔总面积a_A采用下式确定出蓄能器孔的开设数量n：

其中，d为预设的蓄能器孔的直径。

9.如权利要求1-8任一项所述的分频组合压力脉动衰减装置，其特征在于，所述衰减器采用如下步骤进行参数设计：

(1)首先，确定衰减器的有效容积V_H；

(2)然后，根据下式确定阻尼孔深度l_H及阻尼孔总面积a_H：

式中，f_HN为待衰减的频率，β_e为流体的体积弹性模量，a_H为阻尼孔总面积，ρ为流体的密度，l_H为阻尼孔深度，V_H为衰减器有效容积；

(3)最后，根据阻尼孔总面积a_H采用下式确定出阻尼孔的开设数量：

其中，d₁为预设的阻尼孔的直径。

10.一种分频组合压力脉动衰减方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的衰减装置实现，其包括如下步骤：

1)在蓄能器中充入设定压力的气体；

2)使待衰减处理的流体进入衰减装置的中空部分，并经中空部分进入衰减器中，且当流体的压力高于气体压力时，流体还进入蓄能器中，当流体的压力低于气体压力时，流体再从蓄能器中排出，以此通过衰减器和蓄能器的配合实现流体压力脉动的衰减。

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