CN113374695A - 一种旋转机械管路消声器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种旋转机械管路消声器，采用多通道小通径的技术方案来整流和衰减管路系统中的气流，基于插管式消声器原理，调整导流管嵌入腔体内的有效长度，拓宽消声器的降噪频率范围。将旋转机械管路消声器直接安装在旋转机械管路系统中，最大限度的衰减旋转机械的气流脉动，降低旋转机械的气流噪声。本发明通过在旋转机械管路系统中应用消声器来衰减气流降低噪声，具有投入小，见效快，效果好的优势，是解决旋转机械气流噪声的理想选择。本发明旋转机械管路消声器直接安装在旋转机械管路系统中，最大限度的衰减旋转机械的气流脉动，降低旋转机械的气流噪声。

Description

一种旋转机械管路消声器

技术领域

本发明属于流体机械减振降噪领域，具体涉及一种旋转机械管路消声器。

背景技术

旋转机械在工作过程中不可避免的产生气流脉动，诱发气动噪声，通过管路系统向外辐射。由于旋转机械工作过程中的气流脉动控制难度高，投入大，周期长，因此管路消声器广泛应用于流体机械降噪领域。

管路消声器通径越大，允许通过管路消声器的声波波长越长，对应的声源频率降低，衰减噪声的频率范围缩小，衰减噪声的效果下降。因此，市面上一些管路消声器如一种变频螺杆压缩机气流脉动衰减器(CN201720715356.2)和一种宽频降噪消声器(CN201610917090.X)针对小通径管路系统具有良好的降噪效果，但是针对大通径管路系统则降噪效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种旋转机械管路消声器，以解决现有技术中管路消声器对大通径管路系统降噪效果不佳的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种旋转机械管路消声器，包括外管，所述外管的内部从进气端到排气端依次设置有进气导流板和排气导流板；

所述进气导流板上固定设置有若干个进气导流管，进气导流管向进气导流板的外部凸出；所述排气导流板上固定设置有若干个排气导流管，排气导流管向排气导流板的外部凸出；所述进气导流管和排气导流管均沿外管的长度方向设置；

所述进气导流板和排气导流板之间设置有M个支撑架和若干个整流管，所述支撑架沿外管的长度方向设置，每一个整流管架装在所有的支撑架中，每一个整流管的两端分别连通有一个进气导流管和一个排气导流管。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述进气导流管向进气导流板外部凸出的有效长度为第一有效长度，所述第一有效长度为进气导流板和外管进气端部距离的0％～50％；

所述排气导流管向排气导流板外部凸出的有效长度为第二有效长度，所述第二有效长度为排气导流板和外管排气端部距离的0％～50％。

优选的，所述若干个进气导流管在进气导流板上的布置方式为由中心向外层层围绕布置；每一层的形状为规则多边形或圆形；或者若干个进气导流管以进气导流板的中心为起点，呈螺旋线状层层向外扩散排列；

所述若干个排气导流管在排气导流板上的布置方式为由中心向外层层围绕布置；每一层的形状为规则多边形或圆形；或者若干个排气导流管以排气导流板的中心为起点，呈螺旋线状层层向外扩散排列。

优选的，沿外管的周向，一圈进气导流管中第一有效长度的最大值为最小值1.1倍～4.0倍；

沿外管的径向，外圈进气导流管的第一有效长度大于内圈进气导流管的第一有效长度；径向上，相邻两个进气导流管的第一有效长度之间倍数为1.2～8.0；

沿外管的周向，一圈排气导流管中第二有效长度的最大值为最小值1.1倍～4.0倍；

沿外管的径向，外圈排气导流管的第二有效长度大于内圈排气导流管的第二有效长度；径向上，相邻两个排气导流管的第二有效长度之间倍数为1.2～8.0。

优选的，所述进气导流管的外端面，以及排气导流管的外端面，均为平面或曲面。

优选的，所述任意一个整流管的等效通流面积≤20000mm²；一个整流管的等效通流面积为进气导流管或排气导流管的等效通流面积的49％～194％；

所述进气导流管和排气导流管中每一个管道的等效流通面积≤20000mm²。

优选的，所述整流管为通流管或宽频消声器。

优选的，在进气导流板和排气导流板之间的空间内填充有阻尼材料，所述整流管被阻尼材料包裹。

优选的，所述阻尼材料为沥青或橡胶。

优选的，所述整流管为通流管或宽频消声器。

优选的，所述外管的两端均设置有法兰，所述外管的侧壁上设置有安装孔。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种旋转机械管路消声器，采用多通道小通径的技术方案来整流和衰减管路系统中的气流，基于插管式消声器原理，调整导流管嵌入腔体内的有效长度，拓宽消声器的降噪频率范围。具体的，在外管中设置进气导流板和排气导流板，在进气导流板的外侧设置进气导流管，在排气导流板的外侧设置排气导流管，在进气导流板和排气导流板之间设置整流管。将旋转机械管路消声器直接安装在旋转机械管路系统中，最大限度的衰减旋转机械的气流脉动，降低旋转机械的气流噪声。本发明通过在旋转机械管路系统中应用消声器来衰减气流降低噪声，具有投入小，见效快，效果好的优势，是解决旋转机械气流噪声的理想选择，本发明旋转机械管路消声器直接安装在旋转机械管路系统中，最大限度的衰减旋转机械的气流脉动，降低旋转机械的气流噪声。本发明的旋转机械管路消声器可以广泛应用在旋转机械管路系统中，降低管路系统中气流噪声，降噪效果好，生产制造可行性强。

附图说明

图1为本发明的旋转机械管路消声器的剖视图。

图2为本发明的三维结构示意图。

图3为本发明的三维结构剖面图。

图4为本发明的应用实例中涉及到的宽频消声器结构图。

图中：1.旋转机械管路消声器、11.外管、12.法兰、13.进气导流板、14.进气导流管、15.整流管、16.阻尼材料、17.支撑架、18.安装孔、19.排气导流管、20.通流管、21.进气消声单元、22.整流消声阻尼单元、23.排气消声单元、24.排气导流板、31.进气腔、32.排气腔、40.宽频消声器、41.外壳体、42.穿孔管、43.外档板、44.内档板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明全面考虑了旋转机械噪声产生机理和频谱特性，结合图1～图4，进一步阐述其结构和工作原理。

所述旋转机械管路消声器包括外管11、法兰12、进气消声单元21、整流消声阻尼单元22和排气消声单元23；具体的，所述消声器包括两端开口的外管11，外管11的两端围绕其周向分别设置有法兰12，外管11的内部设置有两个导流板，分别为进气导流板13和排气导流板24，作为优选的方案之一，进气导流板13和排气导流板24的设置位置相对于外管11长度方向的中心线对称，两个导流板将整个外管11的内部分为三个单元，从其进气端至排气端依次为进气消声单元21，整流消声阻尼单元22和排气消声单元23。其中，进气端的导流板13外侧的腔体为进气腔31，进气腔31在外管11中，排气端的导流板24外侧的腔体为排气腔32，排气腔32在外管11中。外管11上设置有安装孔18，外管11上的安装孔18用于所述旋转机械管路消声器1与安装基础的固定。

具体的，进气消声单元21由外管11、法兰12、进气导流板13形成的进气腔31和嵌入到进气腔31内的进气导流管14组成，根据结构描述可知，进气导流管14为向进气导流板13外部凸出的导流管，进气消声单元21构建出插管式消声器结构，衰减气流降低噪声。

所述整流消声阻尼单元22主要包括整流管15、阻尼材料16和支撑架17，整流管15用于分散气流，衰减气流降低噪声，支撑架17用于支撑整流管15，提高所述旋转机械管路消声器1的刚度，阻尼材料16用于吸收整流管15壳体产生的振动，阻碍整流管15壳体振动诱发的噪声向外辐射与传播，避免整流管15的壳体辐射的噪声相互干扰，发生共振，产生额外噪声。

所述排气消声单元23主要由外管11、法兰12、排气导流板24形成的排气腔32和嵌入到排气腔32内的排气导流管19组成，构建出插管式消声器结构，衰减气流降低噪声。

所述旋转机械管路消声器在进气消声单元21、整流消声阻尼单元22和排气消声单元23的作用下，可以有效降低旋转机械管路系统中的气流噪声。

实施例1

进气消声单元21中，进气导流管14的一端与进气导流板13连接，进气导流管14另一端嵌入到进气腔31内。设定进气导流管14与进气导流板13连接的端部为进气导流管14的内端，进气导流管14嵌入到进气腔31内的端部为外端。通过进气导流管14将进气腔31内的气流导流到整流消声阻尼单元22内，进气导流管14的长度不同，导致进气导流管14嵌入到所述进气腔31内的长度也不相同，构建出的插入管消声器能衰减不同波长和频率的声源，从而拓宽进气消声单元21的降噪频率范围，拓展所述大流量旋转机械管路消声器1的应用领域。

优选地，所述进气导流管14形状可以是圆管，也可以是方管。所述进气导流管14一端嵌入到所述进气腔31的第一有效长度(即进气导流管14凸出于导流板13的长度)为进气端法兰12与进气消声单元21中导流板13距离的0％～50％。

优选地，所述进气导流管14的单个管道的等效通流面积不大于20000平方毫米。

优选地，所述进气导流管14的数量有多个时，进气导流管14在导流板13上有多种排列方式，可以是多边形形式的排列，也可以是以导流板13的中心为圆心分别在圆周和径向上等距排列，还可以是以导流板中心为螺旋线起点在螺旋线上均匀排列。优选的方式为，以导流板13的中心为圆心分别在圆周和径向上等距排列。

优选地，所述进气导流管14嵌入进气腔31外端到导流板13的第一有效长度可以相同，也可以不完全相同。所述进气导流管14嵌入进气腔31的外端到所述导流板13的第一有效长度根据气流特性在导流板圆周方向上和径向方向上分别呈现出梯度差。优选地，在圆周方向上，进气导流管14的第一有效长度依次增加，其中最大值为最小值的1.1倍～4.0倍；在径向上，以导流板14中心为圆心，从内圈到外圈上进气导流管14的第一有效长度依次增加，其中相邻的外圈上导流管的第一有效长度最大值为内圈的1.2倍～8.0倍。整体上，进气导流管14的第一有效长度呈现螺旋上升的趋势。

优选地，所述进气导流管14嵌入到所述进气腔31外端的截面可以是平面也可以是呈现一定坡度的倾斜面。

实施例2整流消声阻尼单元22

整个整流消声阻尼单元22设置在外管11的中间部分，设置在两个导流板13中间，具体的，整流消声阻尼单元22主要包括整流管15、阻尼材料16和支撑架17，每一个整流管15的进气端和进气导流管14连通，整流管15的排气端和排气导流管19连通。整流管15可以是与进气导流管14相同的通流管20，也可以是具有降噪功能的宽频消声器40。整流管15设置在阻尼材料16和支撑架17中。

具体的，沿整个消声器的长度方向，在进气导流板13和排气导流板24之间设置有M个支撑架17，所述M为1～4的自然数，优选的，M个支撑架17在进气导流板13和排气导流板24之间等分布置；每一个支撑架17上开设有与整流管15外径相同的通孔，使得每一个整流管15能够穿过支撑架17上的通孔，支撑架17与外管11的内侧壁为焊接或者过盈配合连接，每一个支撑架和整流管15为小间隙配合，进而在整流管15的径向上支撑整流管15，改善整流管15因长度过长所导致刚度不足的问题。

所述支撑架17用于支撑整流管15，提高所述旋转机械管路消声器1的刚度。

优选地，阻尼材料16填充于由外管11、支撑架17、进气导流板13和排气挡流板24形成的封闭空间内。可以采用注塑填充的方式整体注塑成型，然后采用机加工的方式加工出支撑架17上的通孔，也可以在外管11或者进气导流板13上预留填充孔，装配好整流管15后从预留填充孔填充。阻尼材料16的材料可以是沥青，也可以是橡胶等阻尼材料，用于衰减整流管15壳体产生的振动，阻碍整流管15壳体振动诱发的噪声向外辐射与传播，避免整流管15壳体辐射的噪声相互干扰，发生共振，产生额外噪声。

优选地，所述整流管15单个等效通流面积不大于20000平方毫米，用于分散与衰减气流。

优选地，所述整流管15单个等效通流面积为所述进气导流管14单个等效通流面积的49％～194％。

优选地，整流管15与进气导流管14的形状可以相同，也可以不同。

优选地，当整流管15与进气导流管14的形状相同时，可以采用一体成型，集成为一根管道，便于装配制造。

任意一种宽频消声器40均能够适用于本实施例中，宽频消声器40与通流管20的连接方式相同，两端分别与进气导流管13和排气导流管19连接，当进气排气导流管与消声器进气排气管形状相同时，也可以采用一体成型，即延长消声器进排气管，取消进排气导流管，便于装配制造。

优选的，宽频消声器40主要由外壳体41，穿孔管42，外档板43和内档板44组成，穿孔管42上的小孔与其背后由外壳体41和内挡板44所密封的腔体形成共振腔，多腔串联设计，拓宽宽频消声器40的降噪频率范围。

实施例3排气消声单元23

排气消声单元23中，由外管11、法兰12和排气导流板24围成的区域为排气腔32，排气消声单元23由排气腔32和嵌入到排气腔32内的排气导流管19组成，排气消声单元23利用排气腔32和排气导流管19构建出插管式消声器结构，衰减气流降低噪声。排气导流管19嵌入到所述排气腔32内的长度不完全相同时，衰减声源的波长和频率也不相同，拓宽所述排气消声单元23的降噪频率范围，拓展所述旋转机械管路消声器1的应用领域。

优选地，排气消声单元23与进气消声单元21的结构相同，也可以不同。

优选地，所述排气导流管19形状可以是圆管，也可以是方管。所述排气导流管19一端嵌入到所述排气腔32的第二有效长度(即排气导流管19凸出于排气导流板24的长度)为排气端法兰12与排气消声单元23中排气导流板24距离的0％～50％。

优选地，所述排气导流管19的单个管道的等效通流面积不大于20000平方毫米。

优选地，所述排气导流管19的数量有多个时，排气导流管19在排气导流板24上有多种排列方式，可以是多边形形式的排列，也可以是以排气导流板24中心为圆心分别在圆周和径向上等距排列，还可以是以排气导流板24中心为螺旋线起点在螺旋线上均匀排列。

优选地，所述排气导流管19嵌入排气腔32外端到排气导流板24的第二有效长度可以相同，也可以不完全相同。所述排气导流管19嵌入排气腔32外端到所述排气导流板24的第二有效长度根据气流特性在导流板圆周方向上和径向方向上分别呈现出梯度差。

优选地，所述排气导流管19嵌入到所述排气腔32外端的截面可以是平面也可以是呈现一定坡度的倾斜面。

优选地，排气消声单元23与进气消声单元21的结构不同时，通过调整由外管11、法兰12、排气导流板24形成的排气腔32体积和排气导流管19嵌入到所述排气腔32内的长度进一步拓宽所述排气消声单元23的降噪频率范围，拓展所述旋转机械管路消声器1的应用领域。

优选地，所述旋转机械管路消声器1的进气消声单元21、整流消声阻尼单元22和排气消声单元23可以组合使用，也可以单独使用。

上述实例只是针对旋转机械管路系统噪声的一个应用实例，针对离心风机和螺杆鼓风机的气流噪声实施起来更加简单有效。此外该发明根据旋转机械噪声源特性，通过调整由法兰12、外管11、进气导流板13形成的进气腔31和进气腔31体积和进气导流管14嵌入到所述进气腔31内的长度等参数改变进气消声单元21的降噪性能，通过调整由法兰12、外管11、排气导流板24形成的排气腔32和排气腔32体积和排气导流管19嵌入到所述排气腔32内的长度等参数改变排气消声单元23的降噪性能，也可以应用于余热发电系统降噪领域。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转机械管路消声器，其特征在于，包括外管(11)，所述外管(11)的内部从进气端到排气端依次设置有进气导流板(13)和排气导流板(24)；

所述进气导流板(13)上固定设置有若干个进气导流管(14)，进气导流管(14)向进气导流板(13)的外部凸出；所述排气导流板(24)上固定设置有若干个排气导流管(19)，排气导流管(19)向排气导流板(24)的外部凸出；所述进气导流管(14)和排气导流管(19)均沿外管(11)的长度方向设置；

所述进气导流板(13)和排气导流板(24)之间设置有M个支撑架(17)和若干个整流管(15)，所述支撑架(17)沿外管(11)的长度方向设置，每一个整流管(15)架装在所有的支撑架(17)中，每一个整流管(15)的两端分别连通有一个进气导流管(14)和一个排气导流管(19)。

2.根据权利要求1所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述进气导流管(14)向进气导流板(13)外部凸出的有效长度为第一有效长度，所述第一有效长度为进气导流板(13)和外管(11)进气端部距离的0％～50％；

所述排气导流管(19)向排气导流板(24)外部凸出的有效长度为第二有效长度，所述第二有效长度为排气导流板(24)和外管(11)排气端部距离的0％～50％。

3.根据权利要求2所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述若干个进气导流管(14)在进气导流板(13)上的布置方式为由中心向外层层围绕布置；每一层的形状为规则多边形或圆形；或者若干个进气导流管(14)以进气导流板(13)的中心为起点，呈螺旋线状层层向外扩散排列；

所述若干个排气导流管(19)在排气导流板(24)上的布置方式为由中心向外层层围绕布置；每一层的形状为规则多边形或圆形；或者若干个排气导流管(19)以排气导流板(24)的中心为起点，呈螺旋线状层层向外扩散排列。

4.根据权利要求3所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，沿外管(11)的周向，一圈进气导流管(14)中第一有效长度的最大值为最小值1.1倍～4.0倍；

沿外管(11)的径向，外圈进气导流管(14)的第一有效长度大于内圈进气导流管(14)的第一有效长度；径向上，相邻两个进气导流管(14)的第一有效长度之间倍数为1.2～8.0；

沿外管(11)的周向，一圈排气导流管(19)中第二有效长度的最大值为最小值1.1倍～4.0倍；

沿外管(11)的径向，外圈排气导流管(19)的第二有效长度大于内圈排气导流管(19)的第二有效长度；径向上，相邻两个排气导流管(19)的第二有效长度之间倍数为1.2～8.0。

5.根据权利要求1所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述进气导流管(14)的外端面，以及排气导流管(19)的外端面，均为平面或曲面；

所述任意一个整流管(15)的等效通流面积≤20000mm²；一个整流管(15)的等效通流面积为进气导流管(14)或排气导流管(19)的等效通流面积的49％～194％；

所述进气导流管(14)和排气导流管(19)中每一个管道的等效流通面积≤20000mm²。

6.根据权利要求1所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述整流管(15)为通流管(20)或宽频消声器(40)。

7.根据权利要求1所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，在进气导流板(13)和排气导流板(24)之间的空间内填充有阻尼材料(16)，所述整流管(15)被阻尼材料(16)包裹。

8.根据权利要求7所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述阻尼材料(16)为沥青或橡胶。

9.根据权利要求1所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述整流管(15)为通流管(20)或宽频消声器(40)。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种旋转机械管路消声器，其特征在于，所述外管(11)的两端均设置有法兰(12)，所述外管(11)的侧壁上设置有安装孔(18)。

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