CN112628597A - 一种高压消声排气装置 - Google Patents

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CN112628597A CN202011320380.9A CN202011320380A CN112628597A CN 112628597 A CN112628597 A CN 112628597A CN 202011320380 A CN202011320380 A CN 202011320380A CN 112628597 A CN112628597 A CN 112628597A
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李茂东
黄国家
杨波
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Abstract

一种高压消声排气装置，包括第二消声腔体；所述第二消声腔体包括壳体以及设置在所述壳体内并与之同轴的节流芯；所述壳体内壁设有内螺纹，所述节流芯外壁设有与所述壳体内螺纹相配合的外螺纹，并在所述壳体的内螺纹与所述节流芯的外螺纹之间形成气体流动通道，气流从所述壳体的进气端进入并流经所述节流芯后排出所述壳体外。与现有技术相比较，本发明的高压消声排气装置通过壳体与节流芯的内外螺纹相互配合，实现分区减压降噪，螺纹结构可在相同的体积下获得更大的气流接触面积，从而保证减压降噪的同时，紧凑装置结构，而且气流沿着螺旋面流动，因此流动平稳，稳定性好。

Description

一种高压消声排气装置
技术领域
本发明涉及产品排气设备领域，特别是涉及一种高压消声排气装置。
背景技术
在发电、化工、冶金、纺织领域中，由于大量使用了锅炉、风机等设备，这些设备会产生高压气体并伴随着较大的噪声，造成噪声污染。噪声污染会给操作人员及周围环境带来较大的干扰和危害。降低噪声污染常用的技术手段是在空气动力设备，例如鼓风机、空压机、锅炉排气口、发电机、水泵等噪音较大设备的气流通道上或进、排气系统中安装消声器，且消声器需保证阻止声音传播而允许气流的正常通过。
请参阅图1，专利申请号为201420374530.8专利公开了一种直管消音器，包括外筒1、设置在所述外筒1进气端的进气端板2、设置在所述外筒1出气端的出气孔板3、将所述外筒1内部分为上下两内腔的且带有通孔的挡板4、设置在所述进气端板2与所述挡板4之间的阻尼孔板5、设置在所述挡板4与所述出气孔板3之间的导气管6、依次设置在所述导气管6与所述外筒1之间的内孔板7以及外孔板8。所述阻尼孔板5可为球面和/或平面且上设有多个通孔。所述导气管6侧壁上设有消声孔，且在所述导气管6与所述内孔板7之间、所述内孔板7和所述外孔板8之间、所述外孔板8和所述外筒1之间填充有玻璃纤维棉或波峰吸音海绵等阻尼材料。气流从所述进气端板2进入，经所述阻尼孔板5降低气流能量以减弱气流噪声后进入所述导气管6，然后沿所述导气管6侧壁上的消声孔依次流到内孔板7、外孔板8和外筒1，并被阻尼材料吸收能量，进一步减低噪声，通过小孔等节流降压，并配合隔振材料实现消音。
但是，对于用于储运氢气的气瓶等高压设备而言，由于储存氢能时需要对氢气施加较大的压力，在释放高压的氢气过程中如果降压减速不稳定的话，容易发生爆炸等安全事故，因此需要其排气装置能平稳地控制排气的速度。此外就高压排气噪音而言，由于需要吸收高的动态载荷，因此应尽量设置更多的节流和隔振结构，从而导致消声器的结构复杂、体积较大，其使用环境受到限制。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种结构紧凑、稳定性好的高压消声排气装置。
本发明采取的技术方案如下：
一种高压消声排气装置，包括第二消声腔体；所述第二消声腔体包括壳体以及设置在所述壳体内并与之同轴的节流芯；所述壳体内壁设有内螺纹，所述节流芯外壁设有与所述壳体内螺纹相配合的外螺纹，并在所述壳体的内螺纹与所述节流芯的外螺纹之间形成气体流动通道，气流从所述壳体的进气端进入并流经所述节流芯后排出所述壳体外。
与现有技术相比较，本发明的高压消声排气装置通过壳体与节流芯的内外螺纹相互配合，实现分区减压降噪，螺纹结构可在相同的体积下获得更大的气流接触面积，从而保证减压降噪的同时，紧凑装置结构，而且气流沿着螺旋面流动，因此流动平稳，稳定性好。
进一步，：在与所述节流芯轴线方向垂直的横截面内，所述壳体的内螺纹与所述节流芯的外螺纹之间所形成气体流动通道面积相等。相同面积的气体流动通道进一步提高气流的稳定性，减少对装置的冲击。
进一步，还包括与所述第二消声腔体连通的第一消声腔体；所述第一消声腔体设有扩散部和引流孔；所述扩散部为一端设有开口的半包围框体，所述引流孔设置在所述扩散部上以连通第一消声腔体与所述第二消声腔体，且所述引流孔的轴线与所述节流芯的轴线平行；所述壳体套设在所述扩散部外，且所述扩散部的开口背向所述节流芯；所述节流芯与所述扩散部固定连接；气流从所述第一消声腔体的进气端进入后，经过所述扩散部后进入所述壳体内，流经所述节流芯后排出。高压气流经扩散部喷注分压后，能减少气流对节流芯冲击，提高装置的稳定性稳固和使用寿命。
进一步，所述扩散部为以所述节流芯轴线为旋转轴的旋转体；沿气体的流动方向，所述扩散部进气端的横截面积大于其出气端的横截面积。气流经横截面面积逐渐变小的扩散部收缩，然后再通过引流孔扩散喷注，能量平稳损耗，实现平稳的减速减压，提高稳定性。
进一步，还包括第三消声腔体，所述第三消声腔体为一端设有开口的半包围框体，其开口朝向所述第二消声腔体并与所述壳体相接；所述第二消声腔体内壁设有与外侧连通的排出孔，所述排出孔轴线与所述节流芯轴线平行；气流从所述第一消声腔体的进气端进入后，依次经过所述扩散部、所述节流芯后从所述排出孔排出。经过第一消声腔体和所述第二消声腔体减压降噪，能降低进入所述第三消声腔体的高压气流频率，提高整体结构的稳定性。
进一步，所述排出孔的孔径小于所述的引流孔孔径。在气流流动方向上，位于前方小孔孔径大于后方小孔孔径有利于实现气流的平稳和多级降压。
进一步，所述第三消声腔体为以所述节流芯轴线为旋转轴的旋转体；沿气体的流动方向，所述第三消声腔体进气端的横截面积大于其出气端的横截面积。横截面面积逐渐变小的第三消声腔体进一步收缩气流，减压降噪。
进一步，沿气体的流动方向，所述引流孔和所述排出孔的进气端横截面积小于其出气端的横截面积。气流通过引流孔以及排出孔时实现扩张减压。
进一步，所述第一消声腔体还包括设置在所述第一消声腔体进气端与所述扩散部之间的降噪腔；所述降噪腔为轴线与所述节流芯轴线平行的旋转体，且其内部填充有柔性材料。柔性材料吸收高压气体的能量。
进一步，还包括套设所述节流芯两端的导流环，所述导流环设有沿其径向延伸的导流片。导流片对气体进行整流，减少气体涡流的产生，进一步减少气体噪声和提高稳定性。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为现有技术中一种直管消音器的结构示意图；
图2为本发明中高压消声排气装置的整体结构示意图；
图3为本发明中高压消声排气装置的正剖视图；
图4为本发明中高压消声排气装置的立体剖视图；
图5为本发明中第一扩散器的结构示意图；
图6为本发明中扩散部的正剖视图；
图7为本发明中一个实施例的正局部剖视图；
图8为本发明中导流环的结构示意图。
具体实施方式
请结合参阅图2到图4，本发明的高压消声排气装置包括第一消声腔体10、第二消声腔体20以及第三消声腔体30。所述第一消声腔体10、所述第二消声腔体20以及所述第三消声腔体30各自具有降压消声功能，可独立与高压气体排出口(图未示)连通进行消声，又或是自由连通连接组合以提供稳定的消声效果。在本实施例中，所述第一消声腔体10与高压氢气排出口(图未示)连通，高压气体从所述第一消声腔体10进入后，依次经过所述第二消声腔体20和所述第三消声腔体30平稳减速减压后排出，以减少安全事故的发生。
其中，所述第一消声腔体10包括与高压气体排出口连通的连接件110以及第一扩散器120。所述连接件110为内部中空且两端设有开口的筒体，与所述高压气体排出口连接的一端为进气端111。优选地，在与其轴线平行且远离所述进气端111的方向上，所述连接件110的内径依次变小。请参阅图5，所述第一扩散器120内部中空且盖设在所述连接件110远离所述进气端111的一端，设有与所述连接件110衔接的结合部121、扩散部122以及设置在所述扩散部122侧壁上的引流孔123。所述结合部121位于所述连接件110与所述扩散部122之间。优选地，所述结合部121为与所述连接件110同轴的中空筒体，在其连接处所述结合部121的内径等于所述连接件110的内径。所述扩散部121为一端设有开口的半包围框体，其开口朝向所述结合部121。进一步，所述扩散部121为大端设有开口的球面或棱台形等横截面面积渐变的半包围框体，在与所述连接件110的轴线平行且远离所述连接件110的方向上，所述扩散部121中与所述连接件110的轴线垂直的横截面面积逐渐变小，即沿气体流动方向，所述扩散部121进气端的横截面积大于其出气端的横截面积。所述引流孔123连通所述第一消声腔体10内部与外部，且其轴线与所述连接件110的轴线平行，平行的气流有利于气流的稳定性，减少对该高压消声排气装置的冲击，提高装置稳定性。优选地，沿与所述接合部121轴线方向投影，多个引流孔123均布在所述扩散部121上且各引流孔123之间的轴心距离相等；进一步，请参阅图6，所述接合部121轴线所在平面内，沿与所述接合部121轴线平行且远离所述连接件110的方向上，所述引流孔123轴线与所述接合部121轴线平行且孔径逐渐增大，形成扩张孔。沿气体流动方向，所述引流孔123进气端的横截面积小于其出气端的横截面积。进一步，所述第一消声腔体10还包括多个设置在所述进气端111与所述扩散部122之间的降噪腔130，所述降噪腔130通过与所述第一消声腔体10内壁连接的支架安装在所述连接件110或所述第一扩散器120内，所述降噪腔130为轴线与所述连接件110的轴线平行的柱体，其内部填充有靠共振作用吸声的柔性材料。优选地，请参阅图7，在与所述连接件110的轴线平行且远离所述连接件110的方向上，所述降噪腔130上与所述连接件110的轴线相垂直的横截面面积逐渐变小。沿气体流动方向，所述降噪腔130朝向所述第二消声腔体20一端的横截面积最小，从而在所述第一消声腔体10内壁与所述降噪腔130以及所述降噪腔130之间形成逐渐扩大的导引通道140，即沿气体流动方向，所述导引通道140进气端的横截面积小于其出气端的横截面积。在本实施例中，为更好地与所述第二消声腔体20连通，所述连接件110设有与所述高压气体排出口的连接的第一连接部112以及通过锥面与所述第一连接部112衔接的第二连接部113，所述第一连接部112与所述第二连接部113均为同轴的中空圆柱体且所述第一连接部112的内径大于所述第二连接部113的内径；所述扩散部121为大端设有开口的中空圆台，其大端朝向所述第二连接部113并与之同轴衔接；所述引流孔123孔径为5mm并设置在所述扩散部121的圆台侧壁上；所述降噪腔130为中空圆台，内部填充有闭孔型泡沫塑料；安装所述降噪腔130的支架设置在所述第二连接部113内壁上，高压气体从所述进气端111进入所述第一消声腔体10后，随沿所述第一连接部112流动，并在所述第二连接部113处收缩，然后随所述导引通道140扩散，所述降噪腔130吸收部分振动，最后沿所述扩散部122侧壁收缩并在所述引流孔123喷注，高压气体经过“收--扩--收--扩”的过程，在反复收扩的过程中能量逐步被损耗而稳定地减速降压，从而提高减速降压的稳定性。
所述第二消声腔体20包括壳体210以及设置在所述壳体210内并与之同轴的节流芯220，在所述壳体210与所述节流芯220之间形成气体流动通道，所述节流芯220对气体进行分区减压减速。所述壳体210为中空筒体且内壁上设有内螺纹。所述节流芯220在支架支撑下设置在所述壳体210内并与之同轴，所述节流芯220为圆柱体且其外表面上设有与所述壳体210内螺纹的螺距、截面形状、螺旋线与轴线距离等相配合的外螺纹。优选地，与所述节流芯220轴线相垂直的横截面内，所述壳体210与所述节流芯220之间的气体流动通道面积保持相等。所述壳体210与所述节流芯220的内外螺纹相互配合既能在相同的体积下增大与气流接触面积，紧凑装置，又能使得气流流动平稳，提高减速降压的稳定性。此外，还可以将所述节流芯220设置为圆锥形螺杆，与所述节流芯220轴线相垂直的横截面内，气流通道的面积按一定规律变化，以获得不同的减速降压效果。与所述第一消声腔体10连通时，所述壳体210靠接其进气端的一侧套设在所述第一扩散器120外。沿与所述节流芯220轴线方向投影，所述节流芯220的轴心位于所述扩散部122朝向所述第二消声腔体20的端面中心处。优选地，所述扩散部122为旋转体，且与所述节流芯220同轴连接，经所述引流孔123流出的气流流入所述壳体210内并在所述壳体210与所述节流芯220之间流动。进入所述第二消声腔体20的气流通过第一消声腔体10的第一扩散器120喷注分压后，能减少气流对所述节流芯220冲击，在一定程度上保证所述节流芯220的稳固和使用寿命，避免因短时气流过大破坏。优选地，所述连接件110与所述壳体210外侧均固定有相互连接的法兰并通过螺钉将所述连接件110与所述壳体210的法兰固定。
所述第三消声腔体30为一端设有开口的半包围框体，且沿所述节流芯220轴线方向上，所述第三消声腔体30的横截面积渐变，且沿气体流动方向，所述第三消声腔体30进气端的横截面积大于其出气端的横截面积，且所述第三消声腔体30的内壁设有多个与外界连通且轴线与气流流动方向平行的排出孔310；在本实施例中，所述排出孔310的轴线与所述节流芯220轴线平行。所述排出孔310的孔径小于所述引流孔123的孔径，沿所述排出孔310的轴线投影，相邻的排出孔310中心距离与其孔径的比值为2以上5以下。若中心距离与孔径的比值小于2，则气流通过所述排出孔310后，气柱容易结合一起，影响稳定性；若中心距离与孔径的比值大于5，则降压能力较低，影响降噪能力。通过所述排出孔310进一步利用小孔喷注原理对气流进行减压降噪，并将气体排出该高压排气装置外。进一步，沿气体流动方向，所述排出孔310进气端的横截面积小于其出气端的横截面积。优选地，所述壳体210与所述第三消声腔体30外侧均固定有相互连接的法兰并通过螺钉将所述壳体210与所述第三消声腔体30的法兰固定。进一步，所述第三消声腔体30为弧形框体，其弧形的圆心位于靠近所述第二消声腔体20一侧，弧形结构不但能增大所述第三消声腔体30的内壁面积，以增加布置在其内壁上的排出孔310数量，而且还能紧凑整体结构尺寸，提高整体结构的紧凑性；优选地，所述第三消声腔体30的圆心位于靠近所述第二消声腔体20一侧的节流芯220轴线上，从而形成与所述节流芯220同轴并向远离所述第二消声腔体20一侧凸出的球面框体。在本实施例中，所述排出孔310的孔径为2mm，过小的孔径不但增加加工难度，而且容易在使用时造成堵塞。此外，经过所述第一消声腔体10和所述第二消声腔体20减压降噪，能降低进入所述第三消声腔体30的高压气流频率，提高整体结构的稳定性。
进一步，请参阅图8，为对气体进行整流，减少气体涡流的产生，进一步减少气体噪声和提高稳定性，该高压消声排气装置还包括固定在所述节流芯220两端的导流环40，所述导流环40包括环体41和导流片42。所述环体41与所述节流芯220同轴，所述导流片42沿所述环体41径向延伸且对流入和流出所述节流芯220的气体进行整流。优选地，所述环体41的外径等于所述壳体210内径，所述导流环40安装在所述壳体210内时，所述环体41的外壁与所述壳体210内壁贴合，并作为支架支撑所述节流芯220。进一步，为便于与所述节流芯220同轴连接，所述导流环40还包括与所述环体41同轴的安装件43，所述安装件43为环形，所述安装件43的内径等于所述节流芯220两端的外径，通过所述安装件43将所述导流环40套设在所述节流芯220两端，所述导流片42沿径向连接在所述环体41内壁与所述安装件43外壁之间。在本实施例中，所述导流片42为4片，且沿所述环体41轴线方向投影的平面内，所述导流片42相互垂直。
由于湍流噪声总功率与喷嘴直径的平方，流体流速的八次方成正比，并根据LighthillU8定律，把喷射的流动速度假设为U，得到湍流噪声总功率的表达式为：
Figure BDA0002792693000000061
其中：
c0——声音传播速度；
K——Lightill系数；
D——喷嘴直径；
ρ——流体的密度；
U——流体流速；
ρ0——声传播介质密度；
在本发明通过设置三级消声腔体，形成对气体的分级减压降噪，在排气管口不变的情况下，通过减压降速能够有效实现高压气体消声。
与现有技术相比较，本发明的高压消声排气装置具有多个消声腔体，能实现对高压气流的逐级减压与降速。通过螺纹结构增大气流接触面积，紧凑装置结构，利用“收--扩--收--扩”在反复改变气流流动方向，在此过程中能量逐步被损耗而稳定地减速降压，因此稳定性高。进一步配合柔性材料吸收气体能量和导流片进行整流，很好地减少气体噪声和提高稳定性。此外设有降低气流冲击的结构，能延长装置的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压消声排气装置，其特征在于：包括第二消声腔体；所述第二消声腔体包括壳体以及设置在所述壳体内并与之同轴的节流芯；所述壳体内壁设有内螺纹，所述节流芯外壁设有与所述壳体内螺纹相配合的外螺纹，并在所述壳体的内螺纹与所述节流芯的外螺纹之间形成气体流动通道，气流从所述壳体的进气端进入并流经所述节流芯后排出所述壳体外。
2.根据权利要求1所述的高压消声排气装置，其特征在于：在与所述节流芯轴线方向垂直的横截面内，所述壳体的内螺纹与所述节流芯的外螺纹之间所形成气体流动通道面积相等。
3.根据权利要求1所述的高压消声排气装置，其特征在于：还包括与所述第二消声腔体连通的第一消声腔体；所述第一消声腔体设有扩散部和引流孔；所述扩散部为一端设有开口的半包围框体，所述引流孔设置在所述扩散部上以连通第一消声腔体与所述第二消声腔体，且所述引流孔的轴线与所述节流芯的轴线平行；所述壳体套设在所述扩散部外，且所述扩散部的开口背向所述节流芯；所述节流芯与所述扩散部固定连接；气流从所述第一消声腔体的进气端进入后，经过所述扩散部后进入所述壳体内，流经所述节流芯后排出。
4.根据权利要求3所述的高压消声排气装置，其特征在于：所述扩散部为以所述节流芯轴线为旋转轴的旋转体；沿气体的流动方向，所述扩散部进气端的横截面积大于其出气端的横截面积。
5.根据权利要求3所述的高压消声排气装置，其特征在于：还包括第三消声腔体，所述第三消声腔体为一端设有开口的半包围框体，其开口朝向所述第二消声腔体并与所述壳体相接；所述第二消声腔体内壁设有与外侧连通的排出孔，所述排出孔轴线与所述节流芯轴线平行；气流从所述第一消声腔体的进气端进入后，依次经过所述扩散部、所述节流芯后从所述排出孔排出。
6.根据权利要求5所述的高压消声排气装置，其特征在于：所述排出孔的孔径小于所述的引流孔孔径。
7.根据权利要求6所述的高压消声排气装置，其特征在于：所述第三消声腔体为以所述节流芯轴线为旋转轴的旋转体；沿气体的流动方向，所述第三消声腔体进气端的横截面积大于其出气端的横截面积。
8.根据权利要求7所述的高压消声排气装置，其特征在于：沿气体的流动方向，所述引流孔和所述排出孔的进气端横截面积小于其出气端的横截面积。
9.根据权利要求7所述的高压消声排气装置，其特征在于：所述第一消声腔体还包括设置在所述第一消声腔体进气端与所述扩散部之间的降噪腔；所述降噪腔为轴线与所述节流芯轴线平行的旋转体，且其内部填充有柔性材料。
10.根据权利要求7所述的高压消声排气装置，其特征在于：还包括套设所述节流芯两端的导流环，所述导流环设有沿其径向延伸的导流片。
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