CN114934917A - 一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构 - Google Patents

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Abstract

一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，属于风洞建设领域，本发明为了解决连续式风洞在轴流压缩机运行区间内产生气动噪声，阻性消声装置对低频声波的消声效果不好问题。包括洞体、环形肋板、双层微穿孔板和轴向肋板；洞体的内壁上设置有环形安装槽，沿环形安装槽的轴向间隔排列设有若干环形肋板，环形肋板的内周和洞体的内壁直径相等，相邻的两个环形肋板之间均通过圆周分布的若干轴向肋板分隔为若干安装单元，所述若干安装单元内均安装有双层微穿孔板；双层微穿孔板可以通过设计蜂窝边长、空腔深度、两端金属板开孔孔径、开孔率等指标，有效消减特定频率段的压缩机低频噪声。

Description

一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构
技术领域
本发明属于风洞建设领域，尤其涉及一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构。
背景技术
风洞试验广泛应用于空气动力学研究，为航空、航天、铁路运输等领域的发展提供了必要的保障。
在连续式跨声速风洞中，主压缩机作为洞体回路的一部分，多布置于风洞拐角段后，用于驱动风洞回路内的空气流动，提供建立风洞流场所需的运行压比。轴流压缩机组实际运行转速与风洞试验马赫数相关，在轴流压缩机宽转速运行区间内，会产生较宽频率范围的气动噪声。
公告号为CN203191188U的专利公开了一种风洞闭口试验段消声装置，其采用平面穿孔板内设置消音棉的方式用于吸收试验段内的反射噪声，该种消声结构属于阻性消声器，其缺点是吸声材料容易脱落影响连续式风洞内的气流清洁度和风洞试验质量，对低频声波的消声效果不好。
大型连续式风洞压缩机运行转速较低，其噪声多为中低频噪声，其消声结构要求长时间使用后，阻性消声器中的消音元件不发生老化、掉渣导致的影响风洞试验流场质量的现象，且维护方便，有效降低压缩机产生的中低频噪声。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，以解决连续式风洞在轴流压缩机运行区间内产生气动噪声，阻性消声装置对低频声波的消声效果不好问题。本发明所采用的技术方案如下：
一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，包括洞体、环形肋板、双层微穿孔板和轴向肋板；洞体的内壁上设置有环形安装槽，沿环形安装槽的轴向间隔排列设有若干环形肋板，位于两端的环形肋板分别与环形安装槽的两侧壁一一对应抵靠连接，环形肋板的外周与环形安装槽的底面抵靠连接，环形肋板的内周和洞体的内壁直径相等，相邻的两个环形肋板之间均通过圆周分布的若干轴向肋板分隔为若干安装单元，所述若干安装单元内均安装有双层微穿孔板；
双层微穿孔板包括蜂窝腔，蜂窝腔由若干六角管相互抵靠组成，蜂窝腔的两端分别与内端穿孔板和外端穿孔板相连，内端穿孔板上的消音微孔和外端穿孔板上的消音微孔通过蜂窝腔连通，内端穿孔板与洞体内壁相切，外端穿孔板与环形安装槽的底面之间形成空腔，环形肋板的外端圆周设置有若干环板消声孔，每个环形肋板两侧相对齐的两个所述空腔均通过环板消声孔连通，内端穿孔板上的消音微孔和外端穿孔板上的消音微孔穿孔率和穿孔直径均通过下式确定：
Figure 872367DEST_PATH_IMAGE001
式中：
fr：微穿孔板重点消除的共振频率，单位为Hz;
c；微穿孔板接触气流速度，单位为m/s；
t：微穿孔板金属板材厚度，单位为m；
P：穿孔率；
D：孔后空腔深度，单位为m；
d：穿孔直径，单位为m；
当消除动叶尾迹冲击下游静叶产生的基频频率噪声时，fr=fR；当消除静叶尾迹冲击下游动叶产生的基频频率噪声时，fr=fs；当消除其余频率噪声时，fr取对应需消除的噪声频率；
动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率fR计算公式如下：
fR=n*ZR/60
式中：
fR：动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率，单位为Hz；
ZR：动叶叶片数量，单位为个；
静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率fS计算公式如下：
fS=n*ZS/60
式中：
fS：静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率，单位为Hz；
n：转速，单位为rpm；
ZS：静叶叶片数量，单位为个。
进一步的，轴向肋板包括竖板条，竖板条下部的两侧端面上均设有支撑条，竖板条的顶部设有卡接条，双层微穿孔板与轴向肋板相连的一端卡接在支撑条和卡接条之间。
进一步的，内端穿孔板和外端穿孔板均为金属板。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
风洞洞体在压缩机上游和下游均可以设置本申请的管道消声结构，双层微穿孔板安装后对风洞原有的整体气动型面不产生影响；双层微穿孔板通过结构空腔共振吸声，属于抗性消声器，不存在常规阻性吸声材料因长时间应用出现老化、掉渣，影响降噪效果及连续式风洞清洁度的现象；洞体内气流噪声通过外端穿孔板上的消音微孔、各自独立的蜂窝腔、内端穿孔板上的消音微孔、环形肋板外端的环板消声孔等多重消声结构，可有效消减的噪声幅值和噪声频率；双层微穿孔板可以通过设计蜂窝边长、空腔深度、两端金属板穿孔直径、穿孔率等指标，有效消减特定频率段的压缩机低频噪声；双层微穿孔板可设计为同一尺寸规格，通过多块拼装的形式，实现洞体圆周方向及长度方向的消声设计要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图2的B处放大图；
图4是轴向肋板的截面图；
图5是双层微穿孔板的结构示意图（去掉部分内端穿孔板和蜂窝腔）；
图中：1-洞体、11-环形安装槽、2-环形肋板、21-环板消声孔、3-双层微穿孔板、31-内端穿孔板、32-蜂窝腔、33-外端穿孔板、4-轴向肋板、41-竖板条、42-卡接条、43-支撑条。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例：如图1～5所示，一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，包括洞体1、环形肋板2、双层微穿孔板3和轴向肋板4；洞体1的内壁上设置有环形安装槽11，沿环形安装槽11的轴向间隔排列设有若干环形肋板2，位于两端的环形肋板2分别与环形安装槽11的两侧壁一一对应抵靠连接，环形肋板2的外周与环形安装槽11的底面抵靠连接，环形肋板2的内周和洞体1的内壁直径相等，相邻的两个环形肋板2之间均通过圆周分布的若干轴向肋板4分隔为若干安装单元，所述若干安装单元内均安装有双层微穿孔板3；
双层微穿孔板3包括蜂窝腔32，蜂窝腔32由若干六角管相互抵靠组成，蜂窝腔32的两端分别与内端穿孔板31和外端穿孔板33相连，内端穿孔板31上的消音微孔和外端穿孔板33上的消音微孔通过蜂窝腔32连通，内端穿孔板31与洞体1内壁相切，外端穿孔板33与环形安装槽11的底面之间形成空腔，环形肋板2的外端圆周设置有若干环板消声孔21，每个环形肋板2两侧相对齐的两个所述空腔均通过环板消声孔21连通，内端穿孔板31上的消音微孔和外端穿孔板33上的消音微孔穿孔率和穿孔直径均通过下式确定：
Figure 898092DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 883235DEST_PATH_IMAGE002
：微穿孔板重点消除的共振频率，单位为Hz;
c；微穿孔板接触气流速度，单位为m/s；
t：微穿孔板金属板材厚度，单位为m；
P：穿孔率；
D：孔后空腔深度，单位为m；
d：穿孔直径，单位为m；
当消除动叶尾迹冲击下游静叶产生的基频频率噪声时，fr=fR；当消除静叶尾迹冲击下游动叶产生的基频频率噪声时，fr=fs；当消除其余频率噪声时，fr取对应需消除的噪声频率；
动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率fR计算公式如下：
fR=n*ZR/60
式中：
fR：动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率，单位为Hz；
n：转速，单位为rpm；
ZR：动叶叶片数量，单位为个；
静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率fS计算公式如下：
fS=n*ZS/60
式中：
fS：静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率，单位为Hz；
ZS：静叶叶片数量，单位为个。
轴向肋板4包括竖板条41，竖板条41下部的两侧端面上均设有支撑条43，竖板条41的顶部设有卡接条42，双层微穿孔板3与轴向肋板4相连的一端卡接在支撑条43和卡接条42之间。
内端穿孔板31和外端穿孔板33均为金属板。
双层微穿孔板3的四周与相邻的轴向肋板4和环形肋板2焊接。
在蜂窝腔32两侧分别焊接内端穿孔板31和外端穿孔板33，内端穿孔板31和外端穿孔板33为开设有消音微孔的金属板材形成双层微穿孔板，蜂窝结构将两层金属板材间的空腔分割为诸多独立微小腔体，气流在该微小腔体内能实现更优的共振消声效果；双层微穿孔板3通过轴向肋板4支撑，距洞体1内壁有一定距离，使双层微穿孔板3和洞体1之间形成空腔，环形肋板2的外端圆周设置有若干环板消声孔21，任意环形肋板2两侧对齐的两个所述空腔均通过环板消声孔21连通，气流噪声经过本申请的消声结构后，会经过内端穿孔板31上的消音微孔、蜂窝腔32、外端穿孔板33上的消音微孔、环形肋板2的消声孔21等多重消声结构，充分利用两层微穿孔板的声阻、蜂窝小空腔以及洞壁大空腔多个不同体积共振空腔的共振效果，能实现更优的降噪幅值和更宽的降噪频率。通过在压缩机段上游、下游洞体壁面上预留安装双层微穿孔板安装空间，双层微穿孔板用于降低压缩机段前传、后传至试验段的噪声。微穿孔板装配后，须保证风洞内壁面型面要求。双层微穿孔板3具有结构简单、耐高温等恶劣工作环境的优势，通过合理设计双层微穿孔板3厚度、穿孔直径、穿孔率、空腔深度等指标，可以有效减小特定频率噪声的声压级。在大型连续式风洞建设过程中，预测压缩机运行转速及机组的噪声频率分布情况，针对重点消减频率区间，设计特定规格的双层微穿孔板。在压缩机段上游、下游的洞体预留空间内填充装配多块双层微穿孔板，用于有效衰减压缩机组前传、后传至试验段的噪音。
风洞洞体在压缩机上游和下游均设置本申请的管道消声结构，双层微穿孔板2安装后对风洞原有的整体气动型面不产生影响；双层微穿孔板3通过结构空腔共振吸声，属于抗性消声器，不存在常规阻性吸声材料因长时间应用出现老化、掉渣，影响降噪效果及连续式风洞清洁度的现象；洞体1内气流噪声通过表层金属板材微孔、蜂窝独立空腔、底层金属板材微孔、洞体壁面空腔多重消声结构，有效消减的噪声幅值、噪声频率均大幅增加；双层微穿孔板可设计为同一尺寸规格，通过多块拼装的形式，实现洞体圆周方向及长度方向的消声设计要求。该发明专利的消声结构中，双层微穿孔板3两侧金属板可依据消声频率开设不同穿孔直径、穿孔率，蜂窝结构也可按照消声频率设计为不同深度的空腔体积，能够实现更优的降噪幅值和更宽的降噪频率，对大型连续式风洞建设中的消声结构设计具有良好的借鉴意义。
以上实施例只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (3)

1.一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，其特征在于：包括洞体（1）、环形肋板（2）、双层微穿孔板（3）和轴向肋板（4）；洞体（1）的内壁上设置有环形安装槽（11），沿环形安装槽（11）的轴向间隔排列设有若干环形肋板（2），位于两端的环形肋板（2）分别与环形安装槽（11）的两侧壁一一对应抵靠连接，环形肋板（2）的外周与环形安装槽（11）的底面抵靠连接，环形肋板（2）的内周和洞体（1）的内壁直径相等，相邻的两个环形肋板（2）之间均通过圆周分布的若干轴向肋板（4）分隔为若干安装单元，所述若干安装单元内均安装有双层微穿孔板（3）；
双层微穿孔板（3）包括蜂窝腔（32），蜂窝腔（32）由若干六角管相互抵靠组成，蜂窝腔（32）的两端分别与内端穿孔板（31）和外端穿孔板（33）相连，内端穿孔板（31）上的消音微孔和外端穿孔板（33）上的消音微孔通过蜂窝腔（32）连通，内端穿孔板（31）与洞体（1）内壁相切，外端穿孔板（33）与环形安装槽（11）的底面之间形成空腔，环形肋板（2）的外端圆周设置有若干环板消声孔（21），每个环形肋板（2）两侧相对齐的两个所述空腔均通过环板消声孔（21）连通，内端穿孔板（31）上的消音微孔和外端穿孔板（33）上的消音微孔穿孔率和穿孔直径均通过下式确定：
Figure 826611DEST_PATH_IMAGE001
式中：
Figure 964331DEST_PATH_IMAGE002
：微穿孔板重点消除的共振频率，单位为Hz;
c；微穿孔板接触气流速度，单位为m/s；
t：微穿孔板金属板材厚度，单位为m；
P：穿孔率；
D：孔后空腔深度，单位为m；
d：穿孔直径，单位为m；
当消除动叶尾迹冲击下游静叶产生的基频频率噪声时，fr=fR；当消除静叶尾迹冲击下游动叶产生的基频频率噪声时，fr=fs；当消除其余频率噪声时，fr取对应需消除的噪声频率；
动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率fR计算公式如下：
fR=n*ZR/60
式中：
fR：动叶尾迹冲击下游静叶的基频噪声频率，单位为Hz；
n：转速，单位为rpm；
ZR：动叶叶片数量，单位为个；
静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率fS计算公式如下：
fS=n*ZS/60
式中：
fS：静叶尾迹冲击下游动叶的基频噪声频率，单位为Hz；
ZS：静叶叶片数量，单位为个。
2.根据权利要求1所述的一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，其特征在于：轴向肋板（4）包括竖板条（41），竖板条（41）下部的两侧端面上均设有支撑条（43），竖板条（41）的顶部设有卡接条（42），双层微穿孔板（3）与轴向肋板（4）相连的一端卡接在支撑条（43）和卡接条（42）之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种大型连续式风洞轴流压缩机用管道消声结构，其特征在于：内端穿孔板（31）和外端穿孔板（33）均为金属板。
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