CN111981616A - 一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，属于新风机组减振降噪技术领域，一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，包括新风机组本体、粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器以及隔振件，新风机组本体包括机箱、风机、以及风管，机箱上设有至少一个粒子阻尼减振器，风机的出风口处设有多个粒子阻尼减振器，粒子阻尼基座设置在风机的底部，高阻尼隔振器设置在粒子阻尼基座的底部和/或侧部，隔振件设置在高阻尼隔振器的底部和/或侧部，风管上设置有阻尼结构。本发明的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，在不改变新风机组系统结构的情况下，大幅度的增加新风机组的振动与噪声衰减量，从而有效的降低住户的噪声。

Description

一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组

技术领域

本发明属于新风机组减振降噪技术领域，尤其涉及一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组。

背景技术

现在越来越多的家庭开始使用新风设备，从使用效果来看，新风系统是现代家居的必然选择。现在通用的新风机组，是一款不仅能够去除室内污染物而且可以向室内送入新鲜空气的设备，在不开门窗的条件下，将室外空气经过滤后尺寸送入室内，保证了室内空气品质。但是，随着新风机组的引入，其产生的振动噪声问题也越来越突出，在保证新风机组可靠、安全、高效运行的前提下，如何控制设备的振动噪声，为业主提供安静、舒适的环境成为目前急需解决的关键问题。

目前对于新风机组的噪声治理并没有系统的处理方案，各家常用的噪声处理方案良莠不齐。较为常用的处理方案是在新风机组底部安装隔振器，没有对振动源进行信号处理，对于多噪声源分析的研究不够深入，致使新风机组噪声控制不力。

新风机组是一个较为复杂的多激励系统，内部风机、气流脉动是最主要的振动源，各振源相互耦合，然后以弹性波的形式沿建筑结构和管道间传到其他空间，并以噪声的形式释放出去。其中由风机引起的振动传递路径为：风机—风机底座—箱体—新风机—楼板；由压力脉动引起的振动传递路径为：风压脉动—管路(壁板)—机组—墙体—住户。

隔振是一项应用性和理论性都很强的振动控制技术，随着工业化社会的不断发展，动力机械的应用和机械设备振动危害之间的矛盾日益凸显，也促进了大量学者从事隔振技术的理论和实验研究。目前对于新风机组常见的隔振设计主要为单层隔振与双层隔振，单层隔振系统假定被隔振对象是理想质量块，隔振器是可以忽略质量的弹簧和粘性阻尼器，基础视为无限大刚体，以传递率作为隔振效果评价指标，一般认为当频率比ω/ω_n时就有隔振效果，且频率比越大，隔振效果越好。理论衰减量在40-50dB，工程实际结果表明，高频域的传递率衰减量很难超过20dB，且激振频率越高计算理论值与实际相差越大，究其原因就是因为单层隔振理论模型不符合高频振动的实际情况，这是由于隔振器的分布质量特性在高频区域会引起驻波效应使传递率曲线向上翘，需要隔振的机器设备和基础也不是理想刚体，而且柔性系统，且相互之间还存在动力耦合效应，在高频振动情况下使隔振传递率曲线产生许多谐振峰值，严重影响隔振效果。

单层隔振技术在高频区域的不足推动了双层隔振技术的研究和发展，双层隔振系统与单层隔振系统的主要区别在于采用了上下两层隔振器，并在两层隔振器中间插入一个中间质量块。隔振系统运动时，中间质量块的惯性力平衡掉一部分由上层隔振器传递下来的力，从而使被隔振设备与基础之间的传递率减小，虽然双层隔振系统对高阶隔振效果十分有效，但插入中间质量块会使隔振系统增加一个共振峰值。

双层隔振系统的低频隔振效果并不比单层隔振系统优越，相反由于双层隔振系统在低频区段有两个自振频率，因此其隔振效果还可能低于单层隔振系统的隔振效果。但在高于系统第二阶固有频率的区段，其传递率的下降速度比单层隔振系统的要快得多。大量实验研究指出，单层隔振系统仅对低频区域隔振有效，但对于100Hz以上的高频振动隔振效果并不理想。

随着新风机组的引入，其产生的振动噪声问题也越来越突出，在保证新风机组可靠、安全、高效运行的前提下，如何控制设备的振动噪声，为业主提供安静、舒适的环境成立目前急需解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，在不改变新风机组系统结构的情况下，大幅度的增加新风机组的振动与噪声衰减量，从而有效的降低住户的噪声。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，包括新风机组本体、粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器以及隔振件，新风机组本体包括机箱、风机、以及风管，机箱上设有至少一个粒子阻尼减振器，风机的出风口处设有多个粒子阻尼减振器，粒子阻尼基座设置在风机的底部，高阻尼隔振器设置在粒子阻尼基座的底部和/或侧部，隔振件设置在高阻尼隔振器的底部和/或侧部，风管上设置有阻尼结构。

优选地，粒子阻尼减振器和粒子阻尼基座均包括壳体和阻尼粒子，壳体的内部具有至少一个空腔，阻尼粒子填充在空腔内。

优选地，阻尼粒子为铁基粒子、铝基粒子、镍基粒子、钨基粒子、铬基粒子、钠基粒子、镁基粒子、锰基粒子、钙基粒子、铜基粒子、锌基粒子、钪基粒子、钛基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种混合而成的混合粒子。

优选地，阻尼粒子的表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，密度为0.1～30g/cm³，阻尼粒子在空腔内部的填充率为30％～100％。

优选地，壳体的材质为金属、金属复合材料或非金属材料中的一种，金属复合材料为镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金、钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金，非金属材料为硬质塑料以及或硬质有机材料。

优选地，阻尼结构为阻尼涂层和/或粒子阻尼减振器。

优选地，阻尼涂层的材料包括阻尼胶和高分子阻尼材料，阻尼涂层在风管的设置方式为喷涂、喷刷、粘接或铆接。

优选地，阻尼涂层的外壁设有保温棉，风管安装在消声静压箱内，消声静压箱通过支撑或吊装方式安装，且均配置有隔振结构，风管穿墙处设有隔声密封结构。

优选地，高阻尼隔振器为弹簧隔振器、橡胶隔振器或弹簧橡胶复合隔振器中的一种或多种。

优选地，隔振件为橡胶隔振垫、硅胶隔振垫、复合橡胶隔振垫、高分子材料隔振垫或弹簧隔振块中的一种或多种。

优选地，粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器、以及隔振件的固定安装方式均为螺纹连接、键连接、型面连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接、粘接或过盈连接。

本发明的有益效果为：

1、在不改变系统结构的情况下，大幅度的增加振动与噪声衰减量，降低住户的噪声。

2、通过粒子阻尼减振器增加新风机组的薄壁结构的阻尼，一方面可以有效的抑制风机运行时产生噪声辐射，另一方面可以减少新风机组振动。

3、在风机的出风口设置粒子阻尼减振器，利用粒子的阻尼特性，增加出风口结构阻尼，有效降低风机在运行时产生的振动与噪声。

4、粒子阻尼基座设置在风机的底部，可以有效的减小风机的振动向外界传递。

5、粒子阻尼基座结合高阻尼隔振器和隔振件，形成减隔振一体化设计，最大程度发挥粒子阻尼基座的减振作用以及高阻尼隔振器和隔振件的隔振效果。

6、风管上设置有阻尼结构，进一步控制风管振动和噪声。

7、阻尼涂层的外壁设有保温棉，起到保温作用，风管安装在消声静压箱内，可减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动，起到消声作用。消声静压箱通过支撑或吊装方式安装，且均配置有隔振结构，进一步起到隔振效果。风管穿墙处设有隔声密封结构，具体的，进一步提高隔声效果。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器、隔振件和风机的主视结构示意图。

图3是本发明粒子阻尼减振器在风机的出风口处的安装位置示意图。

图4是本发明粒子阻尼减振器的立体结构示意图。

图5是本发明粒子阻尼减振器在机箱上的安装位置示意图(主视)。

图6是本发明粒子阻尼减振器在机箱上的安装位置示意图(俯视)。

图7是本发明粒子阻尼减振器在机箱上的安装位置示意图(右视)。

图8是本发明粒子阻尼减振器在机箱上的安装位置示意图(后视)。

图9是本发明风管的剖视结构示意图。

图10是本发明风管穿墙情况示意图。

附图中的标记为：100-新风机组本体，1-粒子阻尼减振器，2-粒子阻尼基座，3-高阻尼隔振器，4-隔振件，5-风机，6-壳体，7-阻尼粒子，8-空腔，9-阻尼涂层，10-保温棉，11-消声静压箱，12-隔振结构，13-隔声密封结构，14-风管，15-机箱。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图10所示，本实施例中提供的一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，包括新风机组本体100、粒子阻尼减振器1、粒子阻尼基座2、高阻尼隔振器3以及隔振件4，新风机组本体100包括机箱15、风机5、以及风管14，机箱15上设有至少一个粒子阻尼减振器1，具体的，粒子阻尼减振器1设置在机箱15的薄壁上，本实施例中，位于送风机前侧的机箱15的内外两侧均固定有2个粒子阻尼减振器1，共4个，位于送风机上侧的机箱15的外侧壁固定有2个粒子阻尼减振器1，位于送风机后侧的机箱15的内外两侧均固定有1个粒子阻尼减振器1，共2个，位于送风机右侧的机箱15的内外两侧均固定有2个粒子阻尼减振器1，共4个。通过粒子阻尼减振器1增加新风机组的薄壁结构的阻尼，一方面可以有效的抑制风机运行时产生噪声辐射，另一方面可以减少新风机组振动。风机5的出风口处设有多个粒子阻尼减振器1，其中，风机5包括送风机和回风机，送风机位于右侧，回风机位于左侧，且出风口均为矩形，本实施例中，在送风机和回风机的出风口的前侧外壁、左侧外壁、以及后侧外壁均固定有2个粒子阻尼减振器，利用粒子的阻尼特性，增加出风口结构阻尼，有效降低风机在运行时产生的振动与噪声。粒子阻尼基座2设置在风机的底部，可以有效的减小风机的振动向外界传递。高阻尼隔振器3设置在粒子阻尼基座2的底部，隔振件4设置在高阻尼隔振器3的底部，粒子阻尼基座2结合高阻尼隔振器3和隔振件4，形成减隔振一体化设计，最大程度发挥粒子阻尼基座2的减振作用以及高阻尼隔振器3和隔振件4的隔振效果。新风机组本体100的风管14上设置有阻尼结构，进一步控制风管14振动和噪声。通过在风机、机箱15、风管14三个位置增加阻尼，以降低振动传递能量，是抑制振动与噪声辐射的重要手段，可以彻底解决新风机组的振动与噪声对外界的影响。振动结构向外辐射噪声，噪声的传递路径与设备振动息息相关，为此，从振动出发，本发明在振源、传递路径两个重要环节进行设计，在隔振的同时引入阻尼，在不改变系统结构的情况下，大幅度的增加振动与噪声衰减量，降低住户的噪声。针对新风机组在运行时产生的低频和高频振动具有高效的减振性能，并且对新风机组运行产生的声辐射有很好的抑制作用。

进一步的，粒子阻尼减振器1和粒子阻尼基座2均包括壳体6和阻尼粒子7，壳体6的内部具有至少一个空腔8，阻尼粒子7填充在空腔8内。通过粒子的振动进行耗能，具有耐高温高压、抗老化、低成本等优点。阻尼粒子7为铁基粒子、铝基粒子、镍基粒子、钨基粒子、铬基粒子、钠基粒子、镁基粒子、锰基粒子、钙基粒子、铜基粒子、锌基粒子、钪基粒子、钛基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种混合而成的混合粒子。阻尼粒子7的表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，密度为0.1～30g/cm³，阻尼粒子7在空腔8内部的填充率为30％～100％。壳体6的材质为金属、金属复合材料或非金属材料中的一种，金属复合材料为镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金、钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金，非金属材料为硬质塑料以及或硬质有机材料。粒子阻尼是一种被动减振新技术，主要由填充在结构空腔8中的粒子体系通过摩擦和非弹性碰撞将系统动能变成热能耗散，从而起到减振降噪的作用，该技术具有减振效果显著、各向同性、耐高温恶劣环境、结构改动小、可靠性高等优点。从能量的角度上来看，是指损耗振动能量的能力，也就是将机械振动及声振的能量，转变成热能或其他可以耗损的能量。粒子介质一般是指由粒子直径d>1μm的固体粒子组成的系统，是一类远离平衡态的复杂非线性耗散体系，被看作是固体、液体、气体以外的“第四种物质聚集形态”。由于单个粒子是球形固体，对各个方向的振动都适用，且不存在泄露的风险，同时构造简单、成本低、对温度不敏感，应用前景广阔。对于粒子阻尼在新风机组上的研究与应用，是粒子阻尼从大型机械设备减振与建筑用设备的一个新跨步，在壳体中填充阻尼粒子7，当设备的转速和工作载荷不同时，以及填充阻尼粒子7的密度、粒子粒径、粒子填充率、粒子表面摩擦系数、粒子表面恢复系数不同时，粒子的阻尼特性呈现不同的非线性。在机箱15、风机的出风口上增加粒子阻尼减振器1，需要针对不同的工况对粒子阻尼减振器1的安装位置、紧固方法、通风量、以及粒子等参数进行选择。如果粒子阻尼减振器1的参数选择不当，有可能出现局部振动被放大的情况。因此，针对不同的工况，研究最优的粒子阻尼减振器1配合和粒子参数的设计准则非常重要。

进一步的，阻尼结构为阻尼涂层9和/或粒子阻尼减振器1，本实施例为阻尼涂层9。阻尼涂层9的材料包括阻尼胶和高分子阻尼材料，如高分子树脂等，阻尼涂层9在风管14的设置方式为喷涂。阻尼涂层9的外壁设有保温棉10，起到保温作用，风管14安装在消声静压箱11内，可减少动压、增加静压、稳定气流和减少气流振动，起到消声作用。消声静压箱11通过支撑或吊装方式安装，且均配置有隔振结构12，进一步起到隔振效果，本实施例的隔振结构12为弹簧隔振器，且采用吊装方式安装，风管14穿墙处设有隔声密封结构13，具体的，通过在穿墙处填充岩棉，套上套管后通过水泥砂浆密封，进一步提高隔声效果。

进一步的，高阻尼隔振器3为弹簧隔振器、橡胶隔振器或弹簧橡胶复合隔振器中的一种或多种。隔振件4为橡胶隔振垫、硅胶隔振垫、复合橡胶隔振垫、高分子材料隔振垫或弹簧隔振块中的一种或多种。粒子阻尼减振器1、粒子阻尼基座2、高阻尼隔振器3、以及隔振件4的固定安装方式均为螺纹连接、键连接、型面连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接、粘接或过盈连接。

本发明的粒子阻尼技术在生产线上的设备、切削工具、雷达、发动机的轮片上、涡轮泵和升降机的旋转浆上都已经有成熟应用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

包括新风机组本体、粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器以及隔振件；

所述新风机组本体包括机箱、风机、以及风管；

所述机箱上设有至少一个粒子阻尼减振器，所述风机的出风口处设有多个粒子阻尼减振器；

所述粒子阻尼基座设置在风机的底部；

所述高阻尼隔振器设置在所述粒子阻尼基座的底部和/或侧部；

所述隔振件设置在所述高阻尼隔振器的底部和/或侧部；

所述风管上设置有阻尼结构。

2.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述粒子阻尼减振器和粒子阻尼基座均包括壳体和阻尼粒子；

所述壳体的内部具有至少一个空腔，所述阻尼粒子填充在所述空腔内。

3.根据权利要求2所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述阻尼粒子为铁基粒子、铝基粒子、镍基粒子、钨基粒子、铬基粒子、钠基粒子、镁基粒子、锰基粒子、钙基粒子、铜基粒子、锌基粒子、钪基粒子、钛基粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种混合而成的混合粒子。

4.根据权利要求2所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述阻尼粒子的表面摩擦因子为0.01～0.99，表面恢复系数为0.01～1，密度为0.1～30g/cm³，阻尼粒子在空腔内部的填充率为30％～100％。

5.根据权利要求2所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述壳体的材质为金属、金属复合材料或非金属材料中的一种；

金属复合材料为镁合金、铝合金、钛合金、铁合金、铜合金、镍合金、铅合金、锰合金、钴合金、钨合金中的一种或多种组合而成的二元或多元合金；

所述非金属材料为硬质塑料以及或硬质有机材料。

6.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述阻尼结构为阻尼涂层和/或粒子阻尼减振器。

7.根据权利要求6所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述阻尼涂层的材料包括阻尼胶和高分子阻尼材料；

所述阻尼涂层在风管的设置方式为喷涂、喷刷、粘接或铆接。

8.根据权利要求6所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述阻尼涂层的外壁设有保温棉；

所述风管安装在消声静压箱内，所述消声静压箱通过支撑或吊装方式安装，且均配置有隔振结构，风管穿墙处设有隔声密封结构。

9.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述高阻尼隔振器为弹簧隔振器、橡胶隔振器或弹簧橡胶复合隔振器中的一种或多种；

所述隔振件为橡胶隔振垫、硅胶隔振垫、复合橡胶隔振垫、高分子材料隔振垫或弹簧隔振块中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的基于粒子阻尼的低振动与噪声新风机组，其特征在于：

所述粒子阻尼减振器、粒子阻尼基座、高阻尼隔振器、以及隔振件的固定安装方式均为螺纹连接、键连接、型面连接、胀紧连接、销连接、铆接、焊接、粘接或过盈连接。

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