CN112102805B - 一种可调阻抗复合式消声器及消声系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调阻抗复合式消声器，包括进气管道、吸声芯体、连接管道、主管道、共振管道、至少两个旁支管道、与旁支管道一一对应的移动管道、与旁支管道一一对应的移动管道移动滑块以及排气管道；吸声芯体固定于进气管道内，进气管道、连接管道、主管道以及共振管道依次连通，各旁支管道的一端分别与主管道的外侧壁连通，各旁支管道另一端分别与对应移动管道可相对移动的连通，排气管道上开设有的与移动滑块一一对应的滑道，排气管道上设置有与移动滑块一一对应的滑槽，移动滑块可滑动地安装于对应滑槽内，并盖住对应滑道，移动管道与对应移动滑块连接，并穿过对应移动滑块伸入对应滑道内。本发明具有消声频带可调节的技术效果。

Description

一种可调阻抗复合式消声器及消声系统

技术领域

本发明涉及消声器技术领域，尤其涉及一种可调阻抗复合式消声器及消声系统。

背景技术

发动机、内燃机、建筑空调系统、鼓风机等排气通流设备在工作过程中会产生气体排放和噪声。随着工业技术快速发展，这些设备在工程中得到广泛应用，同时造成的噪声污染问题日益突出。强烈的噪声危害人体的健康、影响工作环境、导致机械结构的失效。通常，在排气通流设备中，排气噪声在整机噪声具有较大的占比，因此，通过降低排气噪声对为改善工作条件和保护环境具有重要意义。

消声器具有既可排气通流又能实现吸声降噪的特点，目前，加装排气消声器是控制排气噪声直接有效的方式。在结构以及消声机理的区别方面，消声器主要有阻性、抗性和复合式。阻性消声器主要采用吸声芯体吸收声能，在中、高频段具有良好的吸声效果。抗性消声器通过控制声抗的大小来进行消声，利用管道上接截面积突变或旁接共振腔等方式改变声阻抗，使某一频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，实现消声的目的，在低频段具有良好的消声性能，但对频率具有较强的选择性。为获得更好的消声性能，将阻性和抗性消声原理进行适当结合而形成复合式消声器，针对不同频段的噪声具有良好消声的效果，在通风系统和空气动力设备中得到了广泛的应用。

目前，大多数消声器的参数是固定的，其消声频带和消声性能无法调节，面对复杂的噪声环境，不能根据噪声频率的变化达到最佳的消声效果，消声频带较窄。尽管在现有技术中采用增加消声结构的方式，提高消声器的消声性能和消声频带，但这种方式将使排气背压升高，将导致设备的机械功消耗增多，使机械效率降低。因此，在兼顾其消声特性、空气动力性能及实用性基础上，设计一种可调频的消声器，使其面对复杂的声学环境具备更强的适应能力，对于降低排气通流设备的整机噪声具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种可调阻抗复合式消声器及消声系统，用以解决现有消声器的消声频带无法调节的技术问题。

本发明提供一种可调阻抗复合式消声器，包括进气管道、吸声芯体、连接管道、主管道、共振管道、至少两个旁支管道、与旁支管道数量相等且一一对应的移动管道、与旁支管道数量相等且一一对应的移动管道移动滑块以及排气管道；

所述吸声芯体固定于所述进气管道内，所述进气管道、连接管道、主管道以及共振管道依次连通，各所述旁支管道的一端分别与所述主管道的外侧壁连通，各所述旁支管道另一端分别与对应的移动管道可相对移动的连通，所述排气管道上沿其长度方向开设有的与所述移动滑块一一对应的滑道，所述排气管道的外侧壁上沿其长度方向设置有与所述移动滑块一一对应的滑槽，所述移动滑块可滑动地安装于对应的滑槽内，并盖住对应的滑道，所述移动管道远离所述旁支管道的一端与对应的移动滑块连接，并穿过对应的移动滑块伸入对应的滑道内。

进一步的，还包括过滤芯体，所述过滤芯体固定于所述进气管道内。

进一步的，所述进气管道上开设有过滤槽和吸声槽，所述过滤芯体通过抱箍固定于所述过滤槽内，所述吸声芯体通过抱箍安装于所述吸声槽内。

进一步的，所述吸声芯体上开设有多个通孔，所述通孔的流通路径呈折线型或流线型。

进一步的，所述连接管道的内径不等于所述进气管道的内径，所述连接管道的内径不等于所述主管道的内径。

进一步的，所述排气管道的一端连接有套筒，所述排气管道的另一端连接有限位接头。

进一步的，所述旁支管道的数量为四个。

进一步的，所述主管道、旁支管道、移动管道以及移动滑块依次焊接或为一体成型结构。

本发明还提供一种可调阻抗复合式消声系统，其特征在于，包括所述可调阻抗复合式消声器，还包括声波传感器、信号处理器、分析终端、控制机构、执行机构；

所述声波传感器安装于所述主管道与所述旁支管道的交界处，并用于采集旁支管道中的声波信号；所述声波传感器通过所述信号处理器与所述分析终端电连接，所述分析终端与所述控制机构电连接，所述控制机构与所述执行机构电连接，所述执行机构与所述移动管道连接，并用于驱动所述移动管道移动。

有益效果：当排气声波进入至主管道后，排气声波将通过旁支管道分流继续传播，由于移动管道具有可移动的特点，可以调节声波从主管道通过不同的旁支管道至排气管道中的传播距离，传播距离的改变导致声波的相位发生变化，通过控制声波在排气管道汇合时的相位差为π的奇数倍，利用叠加原理，达到消声的目的。本发明通过控制移动管道间的管距使分流的声波存在相位差，分流声波汇合发生相消性干涉，达到消声降噪的目的，针对不同频段的噪声具有较好的消声降噪效果，同时保证了气体顺畅流通，改善了传统消声器消声频带较窄、排气背压高的现状，有利于优化作业环境和提升机械效率。

附图说明

图1为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的立体结构示意图；

图2为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的A-A处剖面图；

图3为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的进气管道结构示意图；

图4为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的吸声芯体结构示意图；

图5a为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的排气管道结构示意图；

图5b为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的排气管道B-B处剖面图；

图6为本发明提供的可调阻抗复合式消声器第一实施例的移动管道及移动滑块结构示意图；

图7为本发明提供的可调阻抗复合式消声系统第一实施例的系统架构图；

图8为本发明提供的可调阻抗复合式消声系统第一实施例的差相消声原理示意图；

附图标记：

1、进气管道；101、过滤槽；102、吸声槽；2、过滤芯体；3、抱箍；4、吸声芯体；5、连接管道；6、主管道；7、共振管道；8、旁支管道；801、第一旁支管道；802、第二旁支管道；803、第三旁支管道；804、第四旁支管道；9、移动管道；901、第一移动管道；902、第二移动管道；903、第三移动管道；904、第四移动管道；10、套筒；11、移动滑块；1101、第一移动滑块；1102、第二移动滑块；1103、第三移动滑块；1104、第四移动滑块；12、排气管道；1201、滑槽；1202、滑道；13、限位接头；14、声波传感器；15、信号处理器；16、分析终端；17、控制机构；18、执行机构。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1、图2所示，本发明的实施例1提供了可调阻抗复合式消声器，包括进气管道1、吸声芯体4、连接管道5、主管道6、共振管道7、至少两个旁支管道8、与旁支管道8数量相等且一一对应的移动管道9、与旁支管道8数量相等且一一对应的移动管道9移动滑块11以及排气管道12；

所述吸声芯体4固定于所述进气管道1内，所述进气管道1、连接管道5、主管道6以及共振管道7依次连通，各所述旁支管道8的一端分别与所述主管道6的外侧壁连通，各所述旁支管道8另一端分别与对应的移动管道9可相对移动的连通；所述排气管道12上沿其长度方向开设有的与所述移动滑块11一一对应的滑道1202，所述排气管道12的外侧壁上沿其长度方向设置有与所述移动滑块11一一对应的滑槽1201，所述移动滑块11可滑动地安装于对应的滑槽1201内，并盖住对应的滑道1202，所述移动管道9远离所述旁支管道8的一端与对应的移动滑块11连接，并穿过对应的移动滑块11伸入对应的滑道1202内。

本实施例的消声原理为：进气管道1、连接管道5、主管道6、共振管道7、旁支管道8、移动管道9、排气管道12形成消声气道，吸声芯体4和共振管道7共同实现阻抗复合式消声。同时，如图5a、图5b、图6所示，排气管道12上设置有滑槽1201和滑道1202，增设的移动管道9一端可在移动管道9内移动，另一端通过移动滑块11实现在滑槽1201内的滑动，移动滑块11在排气管道12的滑槽1201中滑动时，移动滑块11始终覆盖滑槽1201中开的滑道1202，且移动管道9伸入滑道1202的范围内。当排气声波进入至主管道6后，排气声波将通过旁支管道8分流继续传播，由于移动管道9具有可移动的特点，可以调节声波从主管道6通过不同的旁支管道8至排气管道12中的传播距离，传播距离的改变导致声波的相位发生变化，通过控制声波在排气管道12汇合时的相位差为π的奇数倍，利用叠加原理，达到消声的目的。

本发明采用阻抗复合式消声方式，同时拓宽了消声频带的范围，对低中频和高频段的噪声均具有较好的消声降噪效果，同时，本发明结构简单、操作简便、适用范围广，适用于发动机、内燃机、建筑空调系统、鼓风机等排气通流设备中消声降噪。

优选的，如图2所示，还包括过滤芯体2，所述过滤芯体2固定于所述进气管道1内。

增设过滤芯体2对气体进行过滤处理，滤除有害物质和颗粒物质，避免环境对消声效果的影响。具体的，过滤芯体2中添加有催化剂，有利于保护环境。

优选的，如图3所示，所述进气管道1上开设有过滤槽101和吸声槽102，所述过滤芯体2通过抱箍3固定于所述过滤槽101内，所述吸声芯体4通过抱箍3安装于所述吸声槽102内。

通过抱箍3对过滤芯体2和吸声芯体4进行固定，方便过滤芯体2和吸声芯体4的更换。本实施例采用同一抱箍3同时实现对过滤芯体2和吸声芯体4的固定。

优选的，如图4所示，所述吸声芯体4上开设有多个通孔，所述通孔的流通路径呈折线型或流线型。

折线型或流线型的通孔增大了噪声声波对吸声芯体4的入射角，可提高吸声效率，改善高频吸声效果。针对不同排气通流设备可以选择不同通孔直径和材料属性的吸声芯体4。

优选的，如图2所示，所述连接管道5的内径不等于所述进气管道1的内径，所述连接管道5的内径不等于所述主管道6的内径。

连接管道5的内径不等于进气管道1和主管道6的内径，三者形成多节扩张室串联结构，通过采用多节扩张室串联的方式，管道截面的突变，使得管道内的声阻抗发生改变，使声波在管道内发生反射、干涉现象，达到消声的目的，拓宽了消声频带。

其中，共振管道7采用共振消声原理，气体在共振管道7开口壁面的振动摩擦，由于粘滞阻尼和导热的作用，以此消耗声能，其共振频率f₀为：

其中，r₀为共振管道7内小孔的半径，r为共振管道7内空腔的半径，c₀为声速，l为共振管道7内小孔的深度，H为共振管道7内空腔高度。

优选的，所述排气管道12的一端连接有套筒10，所述排气管道12的另一端连接有限位接头13。

套筒10的作用在于密封排气管道12的一个端口，同时可以限制移动滑块11的移动范围，套筒10与排气管道12之间采用螺纹连接或黏接。限位接头13用于限制移动滑块11的移动范围和连接其他管道部件，提升使用的灵活性。

优选的，如图1、图2所示，所述旁支管道8的数量为四个。

具体的，本实施例中设置了四个旁支管道8，分别为第一旁支管道801、第二旁支管道802、第三旁支管道803、第四旁支管道804，分别与第一移动管道901、第二移动管道902、第三移动管道903、第四移动管道904对应连接，移动管道9的一端装配在相应旁支管道8中并可发生相对移动，移动滑块11包括第一移动滑块1101、第二移动滑块1102、第三移动滑块1103、第四移动滑块1104，移动管道9另一端于贯穿相应的移动滑块11，各移动滑块11可在管道外壁设置有滑槽1201的排气管道12上滑动。滑槽1201中开有四个长方形滑道1202，分别用于为四个移动滑块11以及四个移动管道9的移动进行导向。

本实施例通过多个旁支管道8将排气声波进行多通道分流，保证了气体顺畅流通，改善了传统消声器消声频带较窄、排气背压高的现状，有利于优化作业环境和提升机械效率。当排气声波进入至主管道6后，排气声波将通过旁支管道8分流继续传播，由于移动管道9具有可移动的特点，可以调节声波从主管道6通过不同的旁支管道8至排气管道12中的传播距离，传播距离的改变导致声波的相位发生变化，通过控制声波在排气管道12汇合时的相位差为π的奇数倍，利用叠加原理，达到消声的目的。

具体的，以第二旁支管道802及其连接的第二移动管道902、第四旁支管道804及其连接的第四移动管道904为例，分流后声波从第二旁支管道802及其连接的第二移动管道902中传到排气管道12的距离为L₁，分流后声波从第四旁支管道804及其连接的第四移动管道904中传到排气管道12的距离为L₂，如果声传播路程之差ΔL等于半波长λ/2的奇数倍，即

此时，两声波的相位差为的π奇数倍，汇合后发生相消性干涉，达到消声的目的。根据不同的声波，调节声传播路程之差ΔL，可实现宽频消声降噪的效果。此外，气体流入各旁支管道8，由于旁支管道8的均流作用，使得管道内流速和压力分布均匀，降低气体流动的阻力，有利于提升机械效率。

优选的，如图5a所示，各所述滑道1202与所述排气管道12的距离各不相同。

排气管道12的管道外侧设置的滑槽1201与移动滑块11紧密配合，移动滑块11和与其连接的移动管道9可沿着滑槽1201方向滑动。排气管道12的滑槽1201中开有四个长方形滑道1202，长方形滑道1202的宽度稍大于或等于移动管道9的内径，移动滑块11在排气管道12的滑槽1201中滑动时，移动滑块11始终覆盖滑槽1201中开的长方形滑道1202，且移动管道9与移动滑块11连接孔保证在长方形滑道1202的范围内，保证了移动管道9与排气管道12的连通，有助于气体的流通，同时保证了排气管道12在长方形滑道1202处的密封性。四个长方形滑道1202的短边与套筒10的距离均不一致，可提升气体声波在不同的旁支管道8和移动管道9中流通距离的差范围。

优选的，所述主管道6、旁支管道8、移动管道9以及移动滑块11依次焊接或为一体成型结构。

实施例2

如图7所示，本发明的实施例2提供了可调阻抗复合式消声系统，包括实施例1提供的可调阻抗复合式消声器，还包括声波传感器14、信号处理器15、分析终端16、控制机构17、执行机构18；

所述声波传感器14安装于所述主管道6与所述旁支管道8的交界处，并用于采集旁支管道8中的声波信号；所述声波传感器14通过所述信号处理器15与所述分析终端16电连接，所述分析终端16与所述控制机构17电连接，所述控制机构17与所述执行机构18电连接，所述执行机构18与所述移动管道9连接，并用于驱动所述移动管道9移动。

本实施例提供的本实施例提供的可调阻抗复合式消声系统其消声过程为：

1)气体的声波通过进气管道1传入主管道6后，气体的声波将被主管道6四周连接的旁支管道8分流，声波传感器14采集旁支管道8中声波信号并传递给信号处理器15；

2)信号处理器15获得声波信号的相位等信息后，将所获得的信息传递至分析终端16；

3)分析终端16根据声波的相位信息计算出移动管道9的较佳的移动距离，并将移动距离发送至控制机构17；

4)控制机构17传递移动指令给执行机构18，执行机构18控制移动管道9的移动，控制声波从主管道6传播至排气管道12的距离，使按照不同路径的声传播路程之差等于半波长的奇数倍，声波相位发生变化形成反相声波，声波在排气管道12汇合后发生相消性干涉，达到宽频消声降噪的目的。

图8中示出了差波消声原理，图8中左侧为声传播路程之差等于半波长的奇数倍的两个声波，图8中右侧为两声波发生相消性干涉后的降噪波形。

本实施例提供的可调阻抗复合式消声系统，包括可调阻抗复合式消声器，因此，可调阻抗复合式消声器所具备的技术效果，可调阻抗复合式消声系统同样具备，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调阻抗复合式消声器，其特征在于，包括进气管道、吸声芯体、连接管道、主管道、共振管道、至少两个旁支管道、与旁支管道数量相等且一一对应的移动管道、与旁支管道数量相等且一一对应的移动管道移动滑块以及排气管道；

所述吸声芯体固定于所述进气管道内，所述进气管道、连接管道、主管道以及共振管道依次连通，各所述旁支管道的一端分别与所述主管道的外侧壁连通，各所述旁支管道另一端分别与对应的移动管道可相对移动的连通，所述排气管道上沿其长度方向开设有的与所述移动滑块一一对应的滑道，所述排气管道的外侧壁上沿其长度方向设置有与所述移动滑块一一对应的滑槽，所述移动滑块可滑动地安装于对应的滑槽内，并盖住对应的滑道，所述移动管道远离所述旁支管道的一端与对应的移动滑块连接，并穿过对应的移动滑块伸入对应的滑道内。

2.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，还包括过滤芯体，所述过滤芯体固定于所述进气管道内。

3.根据权利要求2所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述进气管道上开设有过滤槽和吸声槽，所述过滤芯体通过抱箍固定于所述过滤槽内，所述吸声芯体通过抱箍安装于所述吸声槽内。

4.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述吸声芯体上开设有多个通孔，所述通孔的流通路径呈折线型或流线型。

5.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述连接管道的内径不等于所述进气管道的内径，所述连接管道的内径不等于所述主管道的内径。

6.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述排气管道的一端连接有套筒，所述排气管道的另一端连接有限位接头。

7.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述旁支管道的数量为四个。

8.根据权利要求7所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，各所述滑道与所述排气管道的距离各不相同。

9.根据权利要求1所述的可调阻抗复合式消声器，其特征在于，所述主管道、旁支管道、移动管道以及移动滑块依次焊接或为一体成型结构。

10.一种可调阻抗复合式消声系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的可调阻抗复合式消声器，还包括声波传感器、信号处理器、分析终端、控制机构、执行机构；

所述声波传感器安装于所述主管道与所述旁支管道的交界处，并用于采集旁支管道中的声波信号；所述声波传感器通过所述信号处理器与所述分析终端电连接，所述分析终端与所述控制机构电连接，所述控制机构与所述执行机构电连接，所述执行机构与所述移动管道连接，并用于驱动所述移动管道移动。