CN113978689A - 一种低噪音船用布风器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低噪音船用布风器，包括布风器外壳、流体入口、流体出口和内导流挡板，在内导流挡板的两端分别竖直设有一组微穿孔蜂窝吸声结构，其包括顺次固定相接的第一挡板、第二挡板和蜂窝管阵列，蜂窝管阵列由数个柱形的蜂窝管横向阵列排布构成，第一挡板设在远离流体出口的一侧，在第一挡板上正对每个蜂窝管中心的位置均设有贯通其两侧面的微穿孔；每个蜂窝管与微穿孔形成一个赫姆霍兹共振腔用于吸声，本申请还利用类椭圆形的布风器外壳和圆弧化的内导流挡板，优化了布风器内部气体流道的形貌，减弱了布风器内部气体涡旋的产生，该布风器兼顾处理了气动噪声和空调系统传入末端的其他噪声，处理效果优异。
Description
技术领域
本发明属于工程空调系统降噪技术领域，具体涉及一种低噪音船用布风器。
背景技术
布风器是船舶空调通风系统末端的重要设备，起到调节船舶舱室空气环境的作用，但同时也是船舶舱室的主要噪声源之一，这些噪声严重影响了船员的舒适性和健康。随着船员及旅客对居住环境舒适度要求的进一步提高，噪声环境成为评价船舶的标准之一。实际运行时，船舶空调系统从机房到末端都会产生噪声，主要的噪声源有风机噪声、风管系统噪声和末端噪声，各处产生的噪声沿着风管进入末端布风器，经布风器传入室内，最终会对舱室人员的健康产生危害。
当前对空调系统噪声的减弱处理方式主要是在噪声产生的位置做降噪处理，包括在风机管道连接处加装柔性软管和消声器、在风管贴附吸声保温材料、在末端布风器贴附玻璃棉等吸声材料等，这些措施在一定程度上降低了空调系统的噪声。但是在实际应用中发现，布风器腔壁上贴附的吸声材料会因空调系统创造的热湿环境而出现加速风化的情况，这不仅减弱了吸声材料的使用寿命，老化的材料还可能通过风管系统被带入到室内，进而进入人体的呼吸系统给人们的健康造成损害。且仅利用玻璃棉等消声材料进行消声处理的效果是极为有限的，因为当高流速的风从流体入口流入布风器的箱体内部时，高速风流会直接冲击腔体四周并产生较大的内部涡旋，这一过程会产生较大的气动噪声，从而严重影响船员的日常工作和生活。
为解决上述问题，本领域技术人员对船用布风器结构做了相应的改进，如中国专利CN 209142370 U公开的一种布风器，包括静压箱、绕流板、进风机构及出风机构，绕流板设置在静压箱内，绕流板为U形板，U形板设置在出风口的边缘处，U形板开口背离进风口，U形板与静压箱的侧壁之间有间隙，绕流板包括蜂窝式孔板，所述蜂窝式孔板的内壁上设置有消音保温层。该结构的布风器由于设置了绕流板，使得进入静压箱内的风流不会直接冲击腔壁，而是会在冲击到绕流板上后绕过绕流板，在绕流板与静压箱的箱体内壁之间形成两路绕流，进而达到一定的降噪、稳流的效益；剩下的形成涡旋的气动产生径向流动，产生噪音声波冲击蜂窝式孔板，耦合的消音保温层和蜂窝式孔板起到了阻尼作用，最终通过蜂窝式孔板的慢反射及消音保温层的大流阻效应，将声波能量消耗殆尽。该结构的布风器虽有较好的降噪、稳流效用，但是在设计结构上还存在几点不足：
1.静压箱为矩形腔体，四角均为直角设计，从进风口流入静压箱的高速风流在冲击到绕流板上形成两路气流的过程中仍会在边角位置形成较大的内部涡旋，布风器的阻力依旧较大，气动噪声也未能得到更好的降低；
2.单纯的蜂窝式孔板的吸声效果有限，如需将声波能量基本消耗殆尽需配合消声保温棉使用方可实现，但是如上所述，消声保温层本身易老化，其在老化后会随着风管系统进入人体呼吸系统的缺陷不可避免；且气动噪声属于低频噪声，玻璃棉等纤维材料制成的消音保温层对低频噪声的吸声效果很差。
因此，有必要对现有的船用布风器结构进行更为科学有效的细化，做出更合理有效的进一步改进以解决现有技术中存在的各种问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低噪音船用布风器，通过优化外壳腔体结构、设置弧形导流挡板和微穿孔蜂窝吸声结构使得空调系统噪音得以显著降低，并可解决以往布风器内部贴附吸声材料的老化对人体呼吸系统的损害问题。
本发明的技术方案为：一种低噪音船用布风器，包括布风器外壳、流体入口、流体出口和内导流挡板，流体入口设在布风器外壳的侧壁上，流体入口与流体进入机构连通，流体出口设在布风器外壳1底部，流体出口与流体流出机构连通，内导流挡板设在布风器外壳内，内导流挡板呈弧形且与流体入口同轴设置，内导流挡板设在流体出口外缘且向流体出口一侧弯曲；在内导流挡板的两端分别竖直设有一组微穿孔蜂窝吸声结构，两组微穿孔蜂窝吸声结构对称设在流体出口两侧，所述微穿孔蜂窝吸声结构包括顺次固定相接的第一挡板、第二挡板和蜂窝管阵列，蜂窝管阵列由数个柱形的蜂窝管横向阵列排布构成，第一挡板设在远离流体出口的一侧，在第一挡板上正对每个蜂窝管中心的位置均设有贯通其两侧面的微穿孔。
进一步地，第一挡板和第二挡板的厚度均为1mm，蜂窝管的内径为13mm、外径为15mm，蜂窝管的深度为38mm，微穿孔的直径为0.7-0.9mm。
进一步地，布风器外壳整体呈现类椭圆形状，包括上弧板、下弧板和侧连接板，上、下弧板的相应端部分别利用一块侧连接板固定连接，流体入口设在上弧板的中央，上弧板与内导流挡板的弯曲弧度相同，在上弧板与内导流挡板间形成平滑过渡的弧形通道。
进一步地，蜂窝管阵列上靠近内导流挡板一侧的蜂窝管均为截面平整的半圆柱形结构。
进一步地，蜂窝管阵列两侧分别与第一挡板和第二挡板焊接固定，
进一步地，所述布风器外壳和微穿孔蜂窝吸声结构均由镀铝锌板制成。
进一步地，微穿孔的直径为0.8mm。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1.本申请利用类椭圆形的布风器外壳和圆弧化的内导流挡板，优化了布风器内部气体的流道形貌，使得初始气体流道呈现平滑过渡的流线型跑道状结构，气体首先经过挡板阻挡以降低流速，减弱内部涡旋产生，初步降低了布风器阻力和气动噪声，接着分开的两道气流经平滑过渡，从弧形通道平滑流动至平直侧流道，进一步减弱了布风器内部气体涡旋的产生，相比于传统的矩形腔体而言，不会在边角位置产生气动涡旋，可再次降低布风器内部压力，气动噪声更弱；
2.本申请利用微穿孔蜂窝吸声结构与布风器外壳的侧连接板围合形成平直侧流道，微穿孔蜂窝吸声结构中每个蜂窝管与微穿孔形成一个赫姆霍兹共振腔用于吸声，吸声效果明显，尤其是针对低频噪音表现出较好的消音效果；与其他结构配合可高效降低船舶空调通风系统的噪音；
3.本申请中布风器外壳和微穿孔蜂窝吸声结构均采用铝合金板制作而成，不会因空调系统创造的热湿环境而出现风化的情况，且由于多改进结构配合的情况下已基本可将系统噪音吸收殆尽，所以也就不需要在布风器中使用易于风化的吸声材料，这就从根本上解决了材料风化后随气流吹出而威胁人体呼吸道健康的问题，相比于现有技术中公开的布风器而言结构优势极为明显。
附图说明
图1是低噪音船用布风器的内部结构俯视图；
图2是低噪音船用布风器的内部结构左视图；
图3是微穿孔蜂窝吸声结构的结构爆炸图；
图4是本申请公开的布风器和现有技术中腔体为矩形的布风器的流线对比图；
图5是不同孔径的微穿孔造成的布风器的传递损失图；
图6是监测点频响曲线图；
其中，1-布风器外壳，2-流体入口，3-流体出口，4-内导流挡板，5-弧形通道，6-平直侧流道，7-微穿孔蜂窝吸声结构；
11-上弧板，12-下弧板，13-侧连接板；
71-第一挡板，72-第二挡板，73-蜂窝管阵列，74-微穿孔；
731-蜂窝管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例一
为了进一步降低空调系统噪声，并避免因使用易老化吸声材料带来的危害，本实施例中公开一种低噪音船用布风器，包括布风器外壳1、流体入口2、流体出口3和内导流挡板4，流体入口2设在布风器外壳1的侧壁上，流体入口2与流体进入机构连通，流体出口3设在布风器外壳1底部，流体出口3与流体流出机构连通，内导流挡板4设在布风器外壳1内，内导流挡板4呈弧形且与流体入口2同轴设置，内导流挡板4设在流体出口3外缘且向流体出口3一侧弯曲。
内导流挡板4做了圆弧化处理后相当于模拟流线的形状，这有利于减弱布风器内部涡旋的产生和降低布风器内部的阻力，起到降低气动噪声的效果，流体经过圆弧化挡板后分别进入两侧流道。
现有的布风器内部腔体多为矩形腔，内部四角均为直角，在流体入口附近设置圆弧形的内导流挡板4虽可有效减弱涡旋的产生，但是在流体分两路流入两侧流道的过程中不可避免地会在腔体直角位置产生一定的涡旋，最终还是会有一定的气动噪声产生，为了进一步避免该现象的发生，本实施例中对布风器外壳1也做了圆弧化处理，布风器外壳1整体呈现类椭圆形状，包括上弧板11、下弧板12和侧连接板13，上、下弧板的相应端部分别利用一块侧连接板13固定连接，流体入口2设在上弧板11的中央，上弧板11与内导流挡板4的弯曲弧度相同，在上弧板11与内导流挡板4间形成平滑过渡的弧形通道5，这样设计后，从流体入口2流入的流体经过圆弧化的挡板阻挡分流后分别经过一侧的弧形通道5进入两侧的平直侧流道6，气流平滑流动，最终迂回通过流体出口3流出，这样设计后流体就不会在流动过程中在外壳内腔的角落形成涡旋，进而可最大程度地降低气动噪声。直观来看，图4中a为本申请公开的布风器的流线图、b为现有技术中常见的主壳腔体为矩形的布风器的流线图，从图中可以看出在矩形布风器的四角和挡板处由于结构的突变流线密集聚集在一起呈旋转缠绕状态，同时出口处的流线产生了很大的回旋，而在流场中流线是与每一个点上的速度矢量相切的曲线，它表征着不同时刻质点的速度方向。原型布风器中流线旋转缠绕，在挡板的周围以及出口处产生了涡旋，湍流运动中，由于涡旋彼此拉伸使得涡破裂分解，产生很强的脉动压力。本实施例中通过改进布风器的内部结构和外壳形状，可以很明显的看出经改进过的布风器中流线分布更为顺畅，特别是在出口处和转角处相比于原型布风器流线方向基本一致，没有产生更多的涡旋，这样脉动压力有所降低，偶极子声源强度降低。
为进一步对流入两侧平直侧流道6内的气动噪声进行二次吸收，在内导流挡板4的两端分别竖直设有一组微穿孔蜂窝吸声结构7，两组微穿孔蜂窝吸声结构7对称设在流体出口3两侧，所述微穿孔蜂窝吸声结构7包括第一挡板71、第二挡板72和蜂窝管阵列73，蜂窝管阵列73两侧分别与第一挡板71和第二挡板72焊接固定，第一挡板71和第二挡板72的厚度均为1mm，蜂窝管阵列73由数个柱形的蜂窝管731横向阵列排布构成，蜂窝管731的内径为13mm、外径为15mm，蜂窝管731的深度为38mm，第一挡板71设在远离流体出口3的一侧，在第一挡板71上正对每个蜂窝管731中心的位置均设有贯通其两侧面的微穿孔74，每一个蜂窝管731和相应设置的微穿孔74会形成一个赫姆霍兹共振腔用于吸声，基于此结构，可对进入平直侧流道6内的噪声高效地进行二次吸收，噪声基本可被吸收殆尽，因而不必再在该布风器中额外设置消音材料，也就不存在消音材料风化带来的健康威胁问题；且此吸声结构本身还能起到流道侧挡板的作用，与侧连接板13围合形成两侧的平直侧流道6，帮助流体顺利迂回至流体出口3处流出。
考虑到微穿孔74孔径的不同会对布风器传递损失产生直接影响的问题，本实施例还对微穿孔74的孔径大小进行了针对性的研究设计，图5是不同孔径下布风器的传递损失图，穿孔率计算公式为
其中，微孔孔径为a，微孔间距为d。穿孔的间距不变时，穿孔率和孔径大小有关，仿真得到不同穿孔率下布风器传递损失，发现孔径大小分别为0.7mm、0.8mm、0.9mm时对布风器整体传递损失影响不大，综合考虑了穿孔板刚度等因素带来的影响，最后选定微穿孔74的直径为0.8mm进行第一挡板的设计。
以普通的平直无孔板材代替本申请中的微穿孔蜂窝吸声结构作为本申请的对比例，利用LMS Virtual.Lab软件进行频响监测实验，选取输出点1742作为监测点，图6是监测点频响曲线图，从图中可以看出具备微穿孔蜂窝吸声结构的流道侧挡板的声压级整体上低于普通侧挡板，该结构具备较佳的吸声消音效果。
为方便将微穿孔蜂窝吸声结构7与内导流挡板4进行连接，蜂窝管阵列73上靠近内导流挡板4一侧的蜂窝管731均为截面平整的半圆柱形结构。
本实施例中所述布风器外壳1和微穿孔蜂窝吸声结构7均由轻巧耐用的镀铝锌板制成。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种低噪音船用布风器，包括布风器外壳、流体入口、流体出口和内导流挡板，流体入口设在布风器外壳的侧壁上，流体入口与流体进入机构连通，流体出口设在布风器外壳底部，流体出口与流体流出机构连通，内导流挡板设在布风器外壳内，内导流挡板呈弧形且与流体入口同轴设置，内导流挡板设在流体出口外缘且向流体出口一侧弯曲；其特征在于，
在内导流挡板的两端分别竖直设有一组微穿孔蜂窝吸声结构，两组微穿孔蜂窝吸声结构对称设在流体出口两侧，所述微穿孔蜂窝吸声结构包括顺次固定相接的第一挡板、第二挡板和蜂窝管阵列，蜂窝管阵列由数个柱形的蜂窝管横向阵列排布构成，第一挡板设在远离流体出口的一侧，在第一挡板上正对每个蜂窝管中心的位置均设有贯通其两侧面的微穿孔。
2.如权利要求1所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，第一挡板和第二挡板的厚度均为1mm，蜂窝管的内径为13mm、外径为15mm，蜂窝管的深度为38mm，微穿孔的直径为0.7-0.9mm。
3.如权利要求1所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，布风器外壳整体呈现类椭圆形状，包括上弧板、下弧板和侧连接板，上、下弧板的相应端部分别利用一块侧连接板固定连接，流体入口设在上弧板的中央，上弧板与内导流挡板的弯曲弧度相同，在上弧板与内导流挡板间形成平滑过渡的弧形通道。
4.如权利要求1所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，蜂窝管阵列上靠近内导流挡板一侧的蜂窝管均为截面平整的半圆柱形结构。
5.如权利要求1所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，蜂窝管阵列两侧分别与第一挡板和第二挡板焊接固定。
6.如权利要求1所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，所述布风器外壳和微穿孔蜂窝吸声结构均由镀铝锌板制成。
7.如权利要求2所述的一种低噪音船用布风器，其特征在于，微穿孔的直径为0.8mm。
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