CN114110291B - 含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，该消声器对膨胀腔内的主管道进行穿孔，孔径较小；膨胀腔一端为刚性壁面，另一端为弹性薄板；弹性薄板的另一端为一静压气体平衡腔，当管道内没有声压传播时，静压平衡腔气压与膨胀腔水压保持平衡，弹性薄板处于平衡状态，当管道内有声压传播时，弹性薄板在声压的作用下做微小弹性运动、且弹性板振动方向与主流水介质受声波作用的运动方向始终相反，即形成抵消声源。并提供了其装配方法。本消声器不需较大体积，且本消声器还具有直通穿孔管消声器的消声特性，在保证管道低流阻的要求下进一步提高了其消声效果。

Description

含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器及装配方法

技术领域

本发明涉及一种消声器，尤其是涉及一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器及装配方法。

背景技术

舰船上的海水管路系统进出水管路直接与海水相连通，系统在工作的过程当中，由于泵、阀门以及管道的形状、大小和布局等原因，在水介质中会产生压力脉动。压力脉动不仅会引起管道振动，进而影响管道安全性，甚至对人的生活产生较大影响；水管路系统中泵、阀等元器件作为主要噪声源，其噪声能量主要集中在低、中频段，噪声直接通过管口向海水中辐射，且传播距离远、效率高，引起严重的辐射噪声，从而降低舰船的隐蔽性。

现有的水管路降噪消声器大都是由空气消声器演化而来，主要有亥姆霍兹共振器、膨胀腔消声器以及蓄能器等，但由于水管路中的水噪声和气体噪声介质不同，其消声器也存在较大的差异。从介质差异来看，频率一定时，水介质中声波的波长比气体中的波长大四倍多，相同频率下消声器的尺寸要更大，而尺寸的增大则会受到安装的空间的限制；其次，常用气体介质中的吸声材料在水中耗散作用弱，且易受海水腐蚀。从消声原理上看，膨胀腔消声器具有多个通过频率，并且要获得较大消声量需采用大膨胀比，空间占用大；亥姆霍兹共振型消声器可提供较大消声量，但消声频带窄；气囊式消声结构存在橡胶腐蚀问题。现有的消声器难以同时满足水管路的宽频噪声抑制、体积小、低流阻的要求。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，实现宽频带的消声，大大降低流动阻力。并提供了其装配方法。

技术方案：一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，包括法兰、消声器主管道、弹性薄板、膨胀腔壳体、平衡腔壳体、平衡腔密封板、密封橡胶圈，膨胀腔壳体与平衡腔壳体同轴连接构成消声器壳体，平衡腔壳体另一端与平衡腔密封板连接，消声器主管道自膨胀腔壳体一端依次穿设于膨胀腔壳体、平衡腔壳体、平衡腔密封板中，膨胀腔壳体、平衡腔密封板分别与消声器主管道外周面连接，消声器主管道与平衡腔密封板、平衡腔密封板与平衡腔壳体的连接面之间分别设有密封橡胶圈，法兰与消声器主管道的一端连接，弹性薄板在消声器壳体内置于膨胀腔壳体与平衡腔壳体的连接处，其一侧边卡设于两者之间并固定，另一侧边与消声器主管道的外周面连接，使得消声器壳体内部划分为膨胀腔、静压平衡腔，消声器主管道的周壁上分布有穿孔。

进一步的，消声器主管道上的穿孔一圈圈沿其长度方向分布，穿孔位于膨胀腔中。

最佳的，消声器主管道上的穿孔的分布长度与膨胀腔的长度相等。

最佳的，穿孔的穿孔率为30％～50％，孔径为2mm～5mm。

进一步的，平衡腔壳体上开设有气阀，气阀与静压平衡腔连通。

进一步的，消声器主管道、消声器壳体均为空心的圆柱形结构，消声器主管道与消声器壳体同轴。

进一步的，弹性薄板、平衡腔密封板均为环形结构，两者的中心线重合。

一种上述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器的装配方法，包括以下步骤：

步骤一：确定弹性薄板的位置，将弹性薄板安装于消声器主管道上，弹性薄板和消声器主管道之间是固定安装，通过焊接连接；

步骤二：将消声器主管道穿过膨胀腔壳体，并分别按顺序将弹性薄板、消声器主管道与膨胀腔壳体焊接固定；

步骤三：将法兰安装在膨胀腔壳体一侧的消声器主管道的端面上，法兰和消声器主管道之间通过焊接固定连接；

步骤四：将平衡腔壳体与弹性薄板通过焊接连接以固定安装，使得膨胀腔壳体与平衡腔壳体同轴连接构成整个消声器壳体；

步骤五：安装平衡腔密封板，将密封橡胶圈填充满平衡腔密封板上的环形填充槽后，通过平衡腔密封板与平衡腔壳体以及消声器主管道对密封橡胶圈11进行挤压充满空隙，再将平衡腔密封板与平衡腔壳体通过周向螺栓孔固定连接；其中，平衡腔密封板上的环形填充槽和密封橡胶圈之间预放胶水固定；

步骤六：安装水消声器，依次将法兰和进水管道、平衡腔密封板和排水管道分别通过螺栓孔固定连接，平衡腔密封板与排水管道之间通过螺栓孔进行连接，装置装配完成，可以进行工作。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：当管道内没有声压传播时，静压平衡腔气压与膨胀腔水压保持平衡，弹性薄板处于平衡状态，当管道内有声压传播时，弹性薄板在声压的作用下做微小弹性运动、且弹性板振动方向与主流水介质受声波作用的运动方向始终相反，即形成抵消声源。弹性结构声源所产生声场与腔体内声场产生叠加抵消作用，从而抑制声波向下游的传播。不同于亥姆霍兹共振器消声频带窄，弹性结构消声器具有较宽消声频带。本消声器不需较大体积，且本消声器还具有直通穿孔管消声器的消声特性，在保证管道低流阻的要求下进一步提高了其消声效果。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为同一尺寸大小下本发明消声效果与目前普通直通穿孔管消声效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，如图1、2所示，包括法兰1、消声器主管道2、弹性薄板5、膨胀腔壳体6、平衡腔壳体7、平衡腔密封板8、密封橡胶圈11。

膨胀腔壳体6与平衡腔壳体7同轴连接构成消声器壳体，平衡腔壳体7另一端与平衡腔密封板8连接，消声器主管道2自膨胀腔壳体6一端依次穿设于膨胀腔壳体6、平衡腔壳体7、平衡腔密封板8中，膨胀腔壳体6、平衡腔密封板8分别与消声器主管道2外周面连接，消声器主管道2与平衡腔密封板8、平衡腔密封板8与平衡腔壳体7的连接面之间分别设有密封橡胶圈11，法兰1与消声器主管道2的一端连接，弹性薄板5在消声器壳体内置于膨胀腔壳体6与平衡腔壳体7的连接处，其一侧边卡设于两者之间并固定，另一侧边与消声器主管道2的外周面连接，使得消声器壳体内部划分为封闭的膨胀腔3、静压平衡腔4，消声器主管道2的周壁上分布有穿孔10。

消声器主管道2上的穿孔10一圈圈沿其长度方向分布，穿孔10位于膨胀腔3中。消声器主管道2上的穿孔10的分布长度与膨胀腔3的长度相等。穿孔10的穿孔率为30％～50％，孔径为2mm～5mm。

平衡腔壳体7上开设有气阀9，气阀9与静压平衡腔4连通。消声器主管道2、消声器壳体均为空心的圆柱形结构，消声器主管道2与消声器壳体同轴。弹性薄板5、平衡腔密封板8均为环形结构，两者的中心线重合。

弹性薄板固定连接在消声器主管道上，垂直主流方向安装，将膨胀腔和静压平衡腔分隔开来，各自形成封闭空间。

密封橡胶圈安装在平衡腔密封板环形填充槽中，密封橡胶圈为丁基橡胶，其他部件均为涂有防腐蚀涂层的不锈钢或合金。不同于一般简单膨胀腔，本消声器膨胀腔的长度可不必太长。法兰、消声器主管道、弹性薄板、膨胀腔壳体、平衡腔壳体、平衡腔密封板和密封橡胶圈的外周面均为圆形，其中心线处于同一直线上。

上述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器的装配方法，包括以下步骤：

步骤一：确定弹性薄板5的位置，将弹性薄板5安装于消声器主管道2上，弹性薄板5和消声器主管道2之间是固定安装，通过焊接连接；

步骤二：在弹性薄板5的一侧对消声器主管道2进行钻孔，得到穿孔10；

步骤三：将消声器主管道2穿过膨胀腔壳体6，并分别按顺序将膨胀腔壳体6与弹性薄板5和消声器主管道2焊接进行安装，它们之间是固定安装，通过焊接连接；

步骤四：将法兰1安装在膨胀腔壳体6一侧的消声器主管道2上，法兰1和消声器主管道2之间是固定安装，通过焊接连接；

步骤五：将气阀9开于平衡腔壳体7上，以根据需要对静压平衡腔4进行充气或放气；

步骤六：将平衡腔壳体7与弹性薄板5通过焊接连接以固定安装；

步骤七：依次安装平衡腔密封板8，将密封橡胶圈11填充满平衡腔密封板8上的环形填充槽后，通过平衡腔密封板8与平衡腔壳体7以及消声器主管道2对密封橡胶圈11进行挤压充满空隙，再将平衡腔密封板8与平衡腔壳体7通过周向螺栓孔固定连接；其中，平衡腔密封板8上的环形填充槽和密封橡胶圈11之间可预放胶水固定；

步骤八：安装水消声器，依次将法兰1和进水管道、平衡腔密封板8和排水管道分别通过螺栓孔固定连接，平衡腔密封板8与排水管道之间通过螺栓孔进行连接，则至此装置装配完成，可以进行工作。

本消声器对膨胀腔内的主管道进行穿孔，孔径较小；膨胀腔一端为刚性壁面，另一端为弹性薄板；弹性薄板的另一端为一静压气体平衡腔，本消声器的工作原理是：当管道内没有声压传播时，静压平衡腔4中的气压与膨胀腔3中的水压保持平衡，弹性薄板5处于平衡状态，当管道内有声压传播时，弹性薄板5在声压的作用下做微小弹性运动、且弹性板振动方向与主流水介质受声波作用的运动方向始终相反，即形成抵消声源。弹性结构声源所产生声场与腔体内声场产生叠加抵消作用，从而抑制声波向下游的传播。不同于亥姆霍兹共振器消声频带窄，弹性结构消声器具有较宽消声频带。本消声器不需较大体积，且本消声器还具有直通穿孔管消声器的消声特性，在保证管道低流阻的要求下进一步提高了其消声效果。

一个计算实例如下：

以DN80型号水消声器为例，设主管道直径d＝80mm，长l＝600mm，膨胀腔直径D1＝200mm，长L1＝300mm，静压平衡腔直径D2＝200mm，长L2＝100mm，令内部穿孔管的孔径设为2mm，穿孔率为40％，弹性薄板材质为钢，厚度为1mm，计算本发明消声器的传递损失；再将其弹性薄板替换为厚度较厚的刚性壁面，其余参数不变，计算普通直通穿孔管消声器的传递损失。结果如图3所示，考虑了弹性薄板作用下的直通穿孔管消声器，其在中低频段的消声性能远高于普通直通穿孔管消声器，能够很好的满足舰船设备的水下消声要求。

Claims (8)

1.一种含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：包括法兰(1)、消声器主管道(2)、弹性薄板(5)、膨胀腔壳体(6)、平衡腔壳体(7)、平衡腔密封板(8)、密封橡胶圈(11)，膨胀腔壳体(6)与平衡腔壳体(7)同轴连接构成消声器壳体，平衡腔壳体(7)另一端与平衡腔密封板(8)连接，消声器主管道(2)自膨胀腔壳体(6)一端依次穿设于膨胀腔壳体(6)、平衡腔壳体(7)、平衡腔密封板(8)中，膨胀腔壳体(6)、平衡腔密封板(8)分别与消声器主管道(2)外周面连接，消声器主管道(2)与平衡腔密封板(8)、平衡腔密封板(8)与平衡腔壳体(7)的连接面之间分别设有密封橡胶圈(11)，法兰(1)与消声器主管道(2)的一端连接，弹性薄板(5)在消声器壳体内置于膨胀腔壳体(6)与平衡腔壳体(7)的连接处，其一侧边卡设于两者之间并固定，另一侧边与消声器主管道(2)的外周面连接，使得消声器壳体内部划分为膨胀腔(3)、静压平衡腔(4)，消声器主管道(2)的周壁上分布有穿孔(10)。

2.根据权利要求1所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：消声器主管道(2)上的穿孔(10)一圈圈沿其长度方向分布，穿孔(10)位于膨胀腔(3)中。

3.根据权利要求2所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：消声器主管道(2)上的穿孔(10)的分布长度与膨胀腔(3)的长度相等。

4.根据权利要求1～3任一所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：穿孔(10)的穿孔率为30％～50％，孔径为2mm～5mm。

5.根据权利要求1所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：平衡腔壳体(7)上开设有气阀(9)，气阀(9)与静压平衡腔(4)连通。

6.根据权利要求1所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：消声器主管道(2)、消声器壳体均为空心的圆柱形结构，消声器主管道(2)与消声器壳体同轴。

7.根据权利要求1所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器，其特征在于：弹性薄板(5)、平衡腔密封板(8)均为环形结构，两者的中心线重合。

8.一种权利要求1～3、5～7任一所述的含静压平衡腔的弹性板式直通穿孔管水消声器的装配方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：确定弹性薄板的位置，将弹性薄板安装于消声器主管道上，弹性薄板和消声器主管道之间是固定安装，通过焊接连接；

步骤二：将消声器主管道穿过膨胀腔壳体，并分别按顺序将弹性薄板、消声器主管道与膨胀腔壳体焊接固定；

步骤三：将法兰安装在膨胀腔壳体一侧的消声器主管道的端面上，法兰和消声器主管道之间通过焊接固定连接；

步骤四：将平衡腔壳体与弹性薄板通过焊接连接以固定安装，使得膨胀腔壳体与平衡腔壳体同轴连接构成整个消声器壳体；

步骤五：安装平衡腔密封板，将密封橡胶圈填充满平衡腔密封板上的环形填充槽后，通过平衡腔密封板与平衡腔壳体以及消声器主管道对密封橡胶圈(11)进行挤压充满空隙，再将平衡腔密封板与平衡腔壳体通过周向螺栓孔固定连接；其中，平衡腔密封板上的环形填充槽和密封橡胶圈之间预放胶水固定；

步骤六：安装水消声器，依次将法兰和进水管道、平衡腔密封板和排水管道分别通过螺栓孔固定连接，平衡腔密封板与排水管道之间通过螺栓孔进行连接，装置装配完成，可以进行工作。