CN112944095B - 具有消音装置的模块化气体放空立管 - Google Patents

具有消音装置的模块化气体放空立管 Download PDF

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Abstract

一种具有消音装置的模块化气体放空立管，包括依次连接的导流弯头、整流减压模块、小孔喷注消音器、共振消音模块和穿孔板吸音模块。气体放空立管充分考虑气体放空立管噪声组成的复杂性，采用综合降噪措施，对高中低各频段上的噪音进行广泛的吸收和抑制。

Description

具有消音装置的模块化气体放空立管
技术领域
本发明涉及噪音处理技术领域，特别涉及一种具有消音装置的模块化气体放空立管。
背景技术
气体放空立管也可称为气体放空管，用于在短时间内将大量气体安全地泄放。气体放空立管的作用包括：第一，可防止输送管道因超压运行发生爆管事故；第二，在管道发生泄漏后减少气体在事故位置的泄放量，降低事故后果；第三，通过排空管道，满足管道站场的日常检修需求。因此，气体放空立管是输送管线的重要安全设施。
气体放空立管在实际运行中会产生噪音污染。高压气体高速放空管产生的噪声主要有两个来源：一是从进气管线出来的气流以高速（约280米/秒，马赫数0.8）和高压（5-8兆帕）冲击气体放空立管的内壁。冲击射流所产生的噪声将沿着气体放空立管传播，最后进入大气，同时射流冲击管壁产生强烈振动。二是高速高压气流到达排放口形成射流。射流与周边空气强烈混合，产生高强度的湍流，具有极为复杂的涡结构，并产生强烈的噪声。
这时在放空立管附近活动的人员必须采取佩戴耳塞、耳罩等防护措施。但是在附近活动的家禽牲畜也会受到气体放空立管噪音的影响，而且难以对它们采取有效的防护措施。我国《畜禽场环境质量标准》(NY/T388-1999)对舍区生态环境质量明确规定：雏家禽不大于60分贝，成家禽不大于80分贝，猪不大于80分贝，牛不大于75分贝。当噪音超过上述规定值时，家禽牲畜的产出就会受到比较大的负面影响，突然发生的强烈噪音甚至会造成这些动物的死亡。
中国专利CN91221081.8、CN200820182462.X、CN201210582919.7、CN201610342444.2、CN201620750046.X、CN201920055624.1等公开了具有消音功能或装置的气体排放管。但是现有这些产品和技术都还不能将大口径大流速高压气体排放时产生的巨大噪音迅速降低到符合有关环境噪音标准的水平。
因此，需要对气体放空立管采取降噪设计，在迅速将气体安全地排放出去的前提下，尽可能地降低气体放空立管的工作噪音。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有消音装置的模块化气体放空立管，以便尽可能地降低气体放空立管的工作噪音。
本发明采用以下解决方案：
一种具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，包括依次连接的导流弯头、整流减压模块、小孔喷注消音器、共振消音模块和穿孔板吸音模块。
优选地，所述导流弯头为圆弧形，所述导流弯头的一端与气体管线连接，另一端与所述整流减压模块连接。
优选地，所述整流减压模块包括第一放空管段和设于所述第一放空管段内的彼此平行设置的至少两块穿孔板，相邻的穿孔板之间设有整流器。
优选地，所述整流器包括彼此平行设置的多个整流管，所述整流管的轴线垂直于所述穿孔板，所述整流管的横截面为正六边形、正方形或圆形。
优选地，所述小孔喷注消音器包括第二放空管段和设于所述第二放空管段内且由内向外依次套设的多个小孔喷注消音单元，相邻的小孔喷注消音单元之间设有间隙。
优选地，所述小孔喷注消音单元包括小孔消音筒、小孔消音环和小孔消音板，所述小孔消音筒、所述小孔消音环和所述小孔消音板上均匀设置多个小孔，所述小孔消音环设于所述小孔消音筒的一端的外周，所述小孔消音板盖设于所述小孔消音筒的另一端；
所述小孔的孔径为1~3mm，相邻小孔之间的间距不小于所述小孔的孔径的5倍。
优选地，所述共振消音模块包括至少一个共振消音单元，所述共振消音单元包括第三放空管段和连接于所述第三放空管段的外周的多组亥姆霍兹共振消音器，多组所述亥姆霍兹共振消音器沿所述第三放空管段的轴向依次设置，且各组亥姆霍兹共振消音器的共振频率不同；
每组亥姆霍兹共振消音器包括沿所述第三放空管段的周向均匀设置的多个亥姆霍兹共振消音器；所述亥姆霍兹共振消音器为筒形，一端连通于所述第三放空管段，另一端的端面封闭。
优选地，所述共振消音单元为一个，所述第三放空管段为直筒型，所述第三放空管段的两端分别连接于所述小孔喷注消音器和所述穿孔板吸音模块；或者
所述共振消音单元为多个，多个所述共振消音单元并联连接；所述第三放空管段为C字型，所述第三放空管段的两端分别连接于所述小孔喷注消音器和所述穿孔板吸音模块。
优选地，所述穿孔板吸音模块包括第四放空管段和设于所述第四放空管段内的筒形穿孔板，所述第四放空管段与所述筒形穿孔板之间设有环形的吸音空腔，所述吸音空腔内填充有吸音材料。
优选地，具有消音装置的模块化气体放空立管还包括微穿孔板吸音模块，所述微穿孔板吸音模块连接于所述穿孔板吸音模块，包括第五放空管段和设于所述第五放空管段内的筒形的微穿孔板，所述第五放空管段与所述微穿孔板之间形成环形的空腔；
所述微穿孔板上设有多个微孔，所述微穿孔板的孔隙率为1%~3%，所述微孔的孔径为0.5~1mm，所述空腔的宽度大于10mm。
优选地，具有消音装置的模块化气体放空立管还包括喷口，所述喷口连接于所述微穿孔板吸音模块，所述喷口的边缘为锯齿形。
本发明的有益效果在于：
1、能够将排放出的气体压力能消耗殆尽，而不降低速度（动能），从而达到了降低了放空立管的噪声，而不影响气体排放速度的目的。
2、充分考虑气体放空立管噪声组成的复杂性，采用综合降噪措施，对高中低各频段上的噪音进行广泛的吸收和抑制。
3、模块化的结构设计，便于根据具体工况进行设计方案的调整，同时便于现场的安装施工。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。其中，在本发明示例性实施方式中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的结构示意图；
图2显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的整流减压模块的结构示意图；
图3显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的小孔喷注消音器的结构示意图；
图4显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的共振消音模块的结构示意图；
图5显示根据本发明的实施例一的具有消音装置模块化气体放空立管的亥姆霍兹共振消音器的结构示意图；
图6显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的穿孔板吸音模块的结构示意图；
图7显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的共振消音模块的拓频效果图；
图8显示根据本发明的实施例二的具有消音装置的模块化气体放空立管的结构示意图；
图9显示根据本发明的实施例二的具有消音装置的模块化气体放空立管的共振消音模块的结构示意图；
图10显示根据本发明的实施例二的具有消音装置的模块化气体放空立管的多个共振消音单元并联时的消音效果图。
附图标记说明：
1导流弯头，2整流减压模块，2a穿孔板，2b整流器，2c整流管，3小孔喷注消音器，3a小孔消音筒，3b小孔消音环，3c小孔消音板，4共振消音模块，4a亥姆霍兹共振消音器，4b第三放空管段，5穿孔板吸音模块，5a筒形穿孔板，5b吸音材料，5c第四放空管段，6微穿孔板吸音模块，7喷口。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施方式。虽然附图中显示了本发明的两种示例性实施方式，然而应该理解，可以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
根据本发明的示例性实施例的具有消音装置的模块化气体放空立管，包括依次连接的导流弯头、整流减压模块、小孔喷注消音器、共振消音模块和穿孔板吸音模块。本申请采用多级降压、控流、抗喷阻、吸音复合组合，具有宽频带消声特点，在结构上更强化了喷阻消声机理，能够达到理想的消声效果。
实施例一
图1显示根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管的结构示意图；图2至图6分别显示模块化气体放空立管的整流减压模块、小孔喷注消音器、共振消音模块、亥姆霍兹共振消音器和穿孔板吸音模块的结构示意图。
如图1-6所示，根据本发明的实施例一的具有消音装置的模块化气体放空立管包括依次连接的导流弯头1、整流减压模块2、小孔喷注消音器3、共振消音模块4和穿孔板吸音模块5。
导流弯头1为圆弧形，导流弯头1的一端与气体管线连接，另一端与整流减压模块2连接。导流弯头1将来自气体管线的气流引入气体放空立管，顺着气体放空立管的轴线流动最终排到大气中。由于导流弯头1的导流作用，气体管线排放出的射流不直接冲击管壁，减小了振动和噪声。
其中，气体管线的放空管道符合《GB50251输气管道工程设计规范》的要求。
作为可选方案，导流弯头1为具有圆角的L型；作为另一种可选方案，导流弯头1包括90度的圆弧段。
整流减压模块2设置于导流弯头1的下游，包括第一放空管段和设于第一放空管段内的彼此平行设置的至少两块穿孔板2a，相邻的穿孔板2a之间设有整流器2b。整流器2b包括彼此平行设置的多个整流管，整流管的轴线垂直于穿孔板2a，即平行于第一放空管段的轴线，整流管的横截面为正六边形、正方形或圆形。
在调整了流动方向后，采取减压均速措施是重要的环节。气体排空时在出口处形成高压高速的射流，是高强度噪声的主要来源。理想状态下，减压是为了让气流到达出口处时，压力与外界大气压平衡，防止气流继续膨胀加速，产生噪声。本申请采用多级减压穿孔板2a和整流器2b，在减压的同时，声波在穿过每层整流器2b时，面积发生突变，反射的声波与入射的声波相互干扰，可以削弱声波的强度。串联的整流减压结构之间的压力变化由下述公式表达：
R=Pn+1/Pn R＜1
其中，R表示两级整流减压结构之间的压力比，Pn表示第n级整流减压结构的出口压力。
在理想情况下，气流从最后一级穿孔板2a出来后，压力与大气压正好相同，既不存在亚膨胀，也不存在过度膨胀。因此，整流减压模块2能使噪声强度明显减小，同时出口压力接近大气压。
在本实施例中，穿孔板2a的数量为3块，这是示例性的，可以根据实际需要选择穿孔板2a的数量。
小孔喷注消音器3设于整流减压模块的下游，包括第二放空管段和设于第二放空管段内且由内向外依次套设的多个小孔喷注消音单元，相邻的小孔喷注消音单元之间设有间隙，多个小孔喷注消音单元形成串联式结构。
小孔喷注消音单元的形状类似帽子，包括小孔消音筒3a、小孔消音环3b和小孔消音板3c，小孔消音筒3a、小孔消音环3b和小孔消音板3c上均匀设置多个小孔。小孔消音环3b设于小孔消音筒3a的一端的外周，小孔消音板3c盖设于小孔消音筒3a的另一端。
气体在小孔喷注消音单元的孔板间流动，转而由小孔喷出，由于各小孔喷注消音单元有不同的阻抗截面，而使一部分声波返回声源。由于声功率与气体流速的高次方成正比，而气体流速又与压降成正比，气体通过多级小孔喷注消音单元喷注出去，就分散了压降，从而降低了气体流速，降低了声功率。
小孔的孔径为1~3mm，孔径太小易于堵塞，且由于排量关系孔数将非常之多,加工不便。相邻小孔之间的间距不小于小孔的孔径的5倍。孔间距的选择有着举足轻重的影响。如果小孔间距较小,气流经过小孔形成多个小喷注后,还会再汇合形成大的喷注而辐射混合喷注噪声，使得消声量降低。喷注前的驻点压力越高，孔间距就需越大。
共振消音模块4设于小孔喷注消音器3的下游，主要用于消除中低频率的噪声。共振消音模块4包括至少一个共振消音单元。共振消音单元包括第三放空管段4b和连接于第三放空管段4b的外周的多组亥姆霍兹共振消音器4a，多组亥姆霍兹共振消音器沿第三放空管段4b的轴向依次设置，且各组亥姆霍兹共振消音器的共振频率不同。
每组亥姆霍兹共振消音器包括沿第三放空管段4b的周向均匀设置的多个（例如8个）亥姆霍兹共振消音器4a。亥姆霍兹共振消音器4a为筒形，一端连通于第三放空管段4b，另一端的端面封闭。
根据噪声频谱，可以设置至少6组不同共振频率的亥姆霍兹共振消音器，各组亥姆霍兹共振消音器在第三放空管段4b外部沿轴向方向形成串联结构，扩大消声频带带宽。图7显示这种结构的共振消音模块的拓频效果图。
在本实施例中，共振消音单元4为一个，第三放空管段4b为直筒型，第三放空管段4b的两端分别连接于小孔喷注消音器3和穿孔板吸音模块5。
穿孔板吸音模块5设于共振消音模块4的下游，包括第四放空管段5c和设于第四放空管段5c内的筒形穿孔板5a，第四放空管段5c与筒形穿孔板5a之间设有环形的吸音空腔，吸音空腔内填充有吸音材料5b。吸音材料5b具有多孔结构，能进一步吸收高速气流撞击管壁产生的振动噪声。
具有消音装置的模块化气体放空立管还包括微穿孔板吸音模块6和喷口7。
微穿孔板吸音模块6设于穿孔板吸音模块5的下游，包括第五放空管段和设于第五放空管段内的筒形的微穿孔板，第五放空管段与微穿孔板之间形成环形的空腔。
微穿孔板上设有多个微孔，微穿孔板的孔隙率为1%~3%，微孔的孔径为0.5~1mm，空腔的宽度大于10mm。微穿孔板可采用厚度大约1mm的薄金属板钻孔而制成，空腔用于高频声音吸收。第五放空管段的外径比筒形的微穿孔板的内径大10%以上，微穿孔板吸音模块6的总长度至少是微穿孔板的内径的2倍。
喷口7连接于微穿孔板吸音模块6的下游，喷口7的边缘为锯齿形。通过锯齿性边缘，可以打碎大涡结构，降低噪声的低频成分。根据理论和经验，锯齿形喷口可以降低声音强度3到5分贝。
导流弯头1、整流减压模块2、小孔喷注消音器3、共振消音模块4、穿孔板吸音模块5、微穿孔板吸音模块6、喷口7可以按照顺序焊接在一起，也可以通过法兰及配套紧固件可拆卸地连接在一起。作为优选方案，整流减压模块2、小孔喷注消音器3、共振消音模块4、穿孔板吸音模块5的管段的外径相等，且基本等于微穿孔板吸音模块6的筒形的微穿孔板的内径。
投入使用时，从气体管线中排放出的高压高速气流依次通过导流弯头1、整流减压模块2、小孔喷注消音器3、共振消音模块4、穿孔板吸音模块5、微穿孔板吸音模块6、喷口7，气流经过以上模块的噪音吸收和抑制后，最终进入周边的大气中。
实施例二
图8显示根据本发明的实施例二的具有消音装置的模块化气体放空立管的结构示意图，图9显示具有消音装置的模块化气体放空立管的共振消音模块的结构示意图，图10显示多个共振消音单元并联时的消音值。
实施例二与实施例一的区别在于共振消音单元为多个，多个共振消音单元并联连接；沿着圆周方向，可并联设置至少6个共振消音单元。多个共振消音单元并联可以增加每个窄带频率上的消声量。理论上在设计的频带上可消声达到40分贝，图10显示多个共振消音单元并联时的消音值。
在本实施例中，第三放空管段4b为C字型，第三放空管段4b的两端分别连接于小孔喷注消音器3和穿孔板吸音模块5。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释实施例的原理和实际应用，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。

Claims (8)

1.一种具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，包括依次连接的导流弯头、整流减压模块、小孔喷注消音器、共振消音模块和穿孔板吸音模块；
所述导流弯头为圆弧形，所述导流弯头的一端与气体管线连接，另一端与所述整流减压模块连接；
所述整流减压模块包括第一放空管段和设于所述第一放空管段内的彼此平行设置的至少两块穿孔板，相邻的穿孔板之间设有整流器；所述整流器包括彼此平行设置的多个整流管，所述整流管的轴线垂直于所述穿孔板，所述整流管的横截面为正六边形、正方形或圆形；
所述小孔喷注消音器包括第二放空管段和设于所述第二放空管段内且由内向外依次套设的多个小孔喷注消音单元，相邻的小孔喷注消音单元之间设有间隙。
2.根据权利要求1所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述小孔喷注消音单元包括小孔消音筒、小孔消音环和小孔消音板，所述小孔消音筒、所述小孔消音环和所述小孔消音板上均匀设置多个小孔，所述小孔消音环设于所述小孔消音筒的一端的外周，所述小孔消音板盖设于所述小孔消音筒的另一端；
所述小孔的孔径为1~3mm，相邻小孔之间的间距不小于所述小孔的孔径的5倍。
3.根据权利要求1所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述共振消音模块包括至少一个共振消音单元，所述共振消音单元包括第三放空管段和连接于所述第三放空管段的外周的多组亥姆霍兹共振消音器，多组所述亥姆霍兹共振消音器沿所述第三放空管段的轴向依次设置，且各组亥姆霍兹共振消音器的共振频率不同；
每组亥姆霍兹共振消音器包括沿所述第三放空管段的周向均匀设置的多个亥姆霍兹共振消音器；所述亥姆霍兹共振消音器为筒形，一端连通于所述第三放空管段，另一端的端面封闭。
4.根据权利要求3所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述共振消音单元为一个，所述第三放空管段为直筒型，所述第三放空管段的两端分别连接于所述小孔喷注消音器和所述穿孔板吸音模块；或者
所述共振消音单元为多个，多个所述共振消音单元并联连接；所述第三放空管段为C字型，所述第三放空管段的两端分别连接于所述小孔喷注消音器和所述穿孔板吸音模块。
5.根据权利要求1所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述穿孔板吸音模块包括第四放空管段和设于所述第四放空管段内的筒形穿孔板，所述第四放空管段与所述筒形穿孔板之间设有环形的吸音空腔，所述吸音空腔内填充有吸音材料。
6.根据权利要求1所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，还包括微穿孔板吸音模块，所述微穿孔板吸音模块连接于所述穿孔板吸音模块，所述微穿孔板吸音模块包括第五放空管段和设于所述第五放空管段内的筒形的微穿孔板，所述第五放空管段与所述微穿孔板之间形成环形的空腔。
7.根据权利要求6所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述微穿孔板上设有多个微孔，所述微穿孔板的孔隙率为1%~3%，所述微孔的孔径为0.5~1mm，所述空腔的宽度大于10mm。
8.根据权利要求6所述的具有消音装置的模块化气体放空立管，其特征在于，所述模块化气体放空立管还包括喷口，所述喷口连接于所述微穿孔板吸音模块，所述喷口的边缘为锯齿形。
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