CN115142999B - 一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，包括消声器连接法兰、第一共振器装置，所述第一共振器装置包括消声器密封板一、环形吸声腔体一、转盘一、转动舵机一、阀门一，消声器密封板一、环形吸声腔体一、阀门一和转盘一围成吸声腔一，吸声腔一旁设置吸声腔一进口管，吸声腔一和吸声腔一进口管组成一个亥姆霍兹共振器共振器，转动舵机一安装在消声器连接法兰上，转动舵机一连接转动齿条一，阀门一、转盘一、转动齿条一相连。本发明吸声腔的进口管的横截面积随着吸声腔体的进口管阀门的转动而变化，从而改变了亥姆霍兹共振器的共振频率，使得本发明中的消声器能够对不同频率的噪声都起到较好的消声效果。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种消声器，具体地说是增压器消声器。
背景技术
增压器被广泛的应用于汽车、船舶的动力系统中，可以提高发动机的动力性、经济性，降低废气排放和噪声，但增压器的气动噪声也是发动机的主要噪声源之一，增压器气动噪声主要来源于压气机，压气机气动噪声由离散单音噪声和宽频噪声组成，且总声压级由离散单音噪声决定，降低增压器的气动噪声可以有效控制发动机的整体辐射噪声水平。
目前，普遍采用的消声器主要包括亥姆霍兹共振器、膨胀腔消声器、1/4波长管等，但是这些消声器存在一个缺点，即所针对的线谱频率大多是固定不变的，而增压器在不同工况下的转速不同，所对应的噪声频率多变，无法应对不同频率的噪声，进而影响降噪效果。
因此，现有消声器由于无法应对不同频率的噪声，进而存在降噪效果差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供解决现有消声器由于无法应对不同频率的噪声，进而存在降噪效果差等问题的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：包括消声器连接法兰、第一共振器装置，所述第一共振器装置包括消声器密封板一、环形吸声腔体一、转盘一、转动舵机一、阀门一，消声器密封板一、环形吸声腔体一、阀门一和转盘一围成吸声腔一，吸声腔一旁设置吸声腔一进口管，吸声腔一和吸声腔一进口管组成一个亥姆霍兹共振器共振器，转动舵机一安装在消声器连接法兰上，转动舵机一连接转动齿条一，阀门一、转盘一、转动齿条一相连。
本发明还可以包括：
1、所述吸声腔一进口管包括大扇形腔、小扇形腔，大扇形腔沿环形吸声腔体一的径向方向开设，小扇形腔开设在大扇形腔的一侧，大扇形腔和小扇形腔相连通，阀门一安装在小扇形腔内。
2、第一共振器装置的亥姆霍兹共振器共振器包括六个，沿环形吸声腔体一的圆周均匀分布。
3、环形吸声腔体一、消声器密封板一的外部设置连接柱并连接连接柱。
4、小扇形腔的高度为大扇形腔高度的四分之一至四分之三。
5、还包括第二共振器装置，所述第二共振器装置包括消声器密封板二、环形吸声腔体二、转盘二、转动舵机二、阀门二，消声器密封板二、环形吸声腔体二、阀门二和转盘二围成吸声腔二，吸声腔二旁设置吸声腔二进口管，吸声腔二和吸声腔二进口管组成一个亥姆霍兹共振器共振器，转动舵机二安装在消声器连接法兰上，转动舵机二连接转动齿条二，阀门二、转盘二、转动齿条二相连；所述第二共振器装置位于第一共振器装置下方，连接柱延伸至环形吸声腔体二、消声器密封板二的外部。
6、第二共振器装置的亥姆霍兹共振器共振器包括九个，沿环形吸声腔体二的圆周均匀分布。
7、还包括第三共振器装置，所述第三共振器装置包括消声器密封板三、环形吸声腔体三、转盘三、转动舵机三、阀门三，消声器密封板三、环形吸声腔体三、阀门三和转盘三围成吸声腔三，吸声腔三旁设置吸声腔三进口管，吸声腔三和吸声腔三进口管组成一个亥姆霍兹共振器共振器，转动舵机三安装在消声器连接法兰上，转动舵机三连接转动齿条三，阀门三、转盘三、转动齿条三相连；所述第三共振器装置位于第二共振器装置下方，连接柱延伸至环形吸声腔体三、消声器密封板三的外部。
8、第三共振器装置的亥姆霍兹共振器共振器包括十二个，沿环形吸声腔体三的圆周均匀分布。
9、吸声腔二沿轴向方向长于吸声腔一，吸声腔三沿轴向方向长于吸声腔二。
本发明的优势在于：本发明吸声腔体的阀门是固定在转盘上的，转盘是能够以消声器的中心轴线为轴进行一定角度旋转的旋转体，而吸声腔体的阀门能够随着消声器密封板的转动一起相对消声器的其他结构转动，使得吸声腔的进口管的横截面积Sc随着吸声腔体的进口管阀门的转动而变化，从而改变了亥姆霍兹共振器的共振频率，使得本发明中的消声器能够对不同频率的噪声都起到较好的消声效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的转动机构图；
图3为去掉消声器连接法兰2后的内部结构图；
图4为本发明共振器为两个的内部结构图；
图5为本发明共振器为一个的内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-5，发明的增压器进气消声器结构包括消声器出气口1、消声器连接法兰2、多个加强肋3、转动舵机一4、转动齿条一5、多个连接柱6、消声器密封板一7、环形吸声腔体一8、转盘一9、消声器密封板二10、环形吸声腔体二11、转盘二12、消声器密封板三13、环形吸声腔体三14、转盘三15、消声器密封板四16、转动齿条二17、转动舵机二18、转动齿条三19、转动舵机三20、阀门一21、阀门二22、阀门三23、吸声腔一24、吸声腔一进口管25、吸声腔二26、吸声腔二进口管27、吸声腔三28和吸声腔三进口管29。
本发明的共振器的数量为三个，为三层可调腔体结构的吸声腔体：吸声腔一24、吸声腔二26和吸声腔三28，这里以吸声腔一24和图3为例来进行说明，消声器整体为圆柱体，吸声腔一24围绕圆柱体的圆周均匀分布有六个，吸声腔一24是由消声器密封板一7、环形吸声腔体一8、阀门一21和转盘一9围成，吸声腔一24和吸声腔一进口管25组合成为一个亥姆霍兹共振器，其中，消声器密封板一7和环形吸声腔体一8是通过连接柱6来和其他的消声器密封板和环形吸声腔体固定在一起的，连接柱6围绕圆柱体圆周均匀分布有十二根，起到连接固定消声器密封板和环形吸声腔体的作用同时对转盘的径向位置进行限定。
环形吸声腔体一8和阀门一21的形状近似于扇形，环形吸声腔体一8与消声器密封板一7固定在一起，阀门一21和转盘一9、转动齿条一5固定在一起，这样，当转动舵机一4运转时，可以通过带动转动齿条一5的转动来带动转盘一9和阀门一21一起以消声器的中轴为轴进行转动，使得吸声腔一的进口管25的横截面积发生变化，从而改变亥姆霍兹共振器的共振频率。吸声腔二26和吸声腔三28与吸声腔一24有相似的结构，这里不再赘述，不同的是，三种吸声腔的腔体体积不同，沿轴向方向的长度不同，沿圆周方向均匀分布的数量不同，如图4，吸声腔二26沿轴向方向略长与吸声腔一24，沿圆周均匀分布有九个；如图5吸声腔三28沿轴向方向的长度略长与吸声腔二26，且沿圆周均匀分布有十二个。
消声器结构外接一个控制单元，控制单元实时监测增压器中叶轮的转速，根据转速判断当前产生的气动噪声的频率，并根据噪声的频率通过转动舵机来使转动齿条、转盘和阀门转动，改变阀门和环形吸声腔体的相对位置和吸声腔进口管的横截面积，使消声器中的亥姆霍兹共振器的共振频率适应当前产生的气动噪声的频率，从而实现较好的消声效果。
如图3-图5所示，沿圆周方向分别分布有6个亥姆霍兹共振器结构、9个亥姆霍兹共振器结构和12个亥姆霍兹共振器结构，在具体实施过程中，这一数量并不固定，可以依据消声器的具体大小与加工难度对亥姆霍兹共振器结构的数量进行调整。
如图3所示，沿圆周方向分布的6个亥姆霍兹共振器结构的大小一致，均匀分布，在具体实施过程中，可以调整亥姆霍兹共振器的尺寸大小与分布方式，可以设计使每个亥姆霍兹共振器的吸声腔的体积不同以应对频率不同的噪声。
并没有对吸声腔体内壁和吸声腔体的进口管阀门的材质进行限制，可以使用方便加工的材质制作，也可以使用吸声材料制作进一步加强消声器的吸声性能。
如图1和图2所示，为了使阀门能够转动，采用了如图所示的舵机带动转动的方式，在具体实施过程中，驱动转盘转动的方式并不固定，可以根据实际情况做出调整。
如图1所示，消声器中包含了三层吸声结构，每层吸声结构中分别包含有吸声腔一24、吸声腔二26和吸声腔三28，在具体实施过程中，这一结构并不固定，可以依据噪声的类型进行调整，可以只有两层或更少的吸声结构，也可以包含有四层甚至更多的吸声结构。
结合图1至图5说明本发明的工作原理：
本发明的主体结构为可调腔体结构的环形吸声腔体，其中，每一个吸声腔进口为一个吸声单元，多个吸声单元沿圆周均匀分布。阀门是固定在转盘上，转盘以消声器的中心轴线为轴进行一定角度旋转的旋转体，而阀门可以随着转盘的转动一起相对消声器的其他结构转动，这样就使得吸声腔的进口管的横截面积随着吸声腔体的进口管阀门的转动而变化。当吸声腔进口的横截面积发生变化时，吸声单元的整体结构都发生一定的改变，从而起到调节消声器适配的噪声的频率的作用。
本发明的一种腔体结构可调的增压器进气消声器，工作时，气流通过消声器进口进入消声器，后通过消声器中心的空腔，沿轴向进入增压器，当气流沿轴向流动时会经过消声器内部多个吸声腔的进口管，通过进口管流进吸声腔的腔体中，而周向分布的吸声腔和进口管组成了简单的亥姆霍兹共振器，可以起到降低低频段噪声的作用。当噪声的频率达到了亥姆霍兹共振器的共振频率时，传递损失会达到无限大，而亥姆霍兹共振器的共振频率可以随其结构参数的改变而改变。
亥姆霍兹共振器的共振频率为：
其中，c为声速，V为吸声腔的体积，Sc为吸声腔的进口管横截面积，lc为吸声腔的进口管长度。显然，亥姆霍兹共振器的共振频率是吸声腔的体积、进口管的长度和横截面积的函数。共振频率与进口管的横截面积的平方根成正比，与进口管的长度的平方根和吸声腔的体积的平方根成反比。
具体实施方式一：本实施方式包括消声器出口1、消声器连接法兰2、多个连接柱和多个共振器，消声器出口1安装在消声器连接法兰2的端部，多个共振器均为圆柱体，多个共振器通过多个连接柱沿消声器连接法兰2的轴线依次安装；每个共振器均设有吸声腔体，所述吸声腔体的体积可调，且相邻两个共振器的吸声腔体自身的体积不同。
本实施方式通过设置有多个环形吸声腔体的体积可调的共振器，来应对不同频率的噪声，进而存在降噪效果差的问题。
具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的每个共振器均包括转动舵机、齿条、环形吸声腔体、多个阀门、转盘和消声器密封板，
转动舵机安装在消声器连接法兰2上，环形吸声腔体的内侧壁上设有多个吸声腔进口，每个吸声腔进口内安装有一个阀门，转盘和消声器密封板依次安装在环形吸声腔体的侧端面上，阀门与转盘连接，齿条安装在环形吸声腔体上并与转盘啮合，转动舵机与齿条连接，且阀门在转动舵机和齿条的协同作用下转动，实现吸声腔进口体积的改变。
如此设置，此结构为单个共振器的结构，该结构将阀门固定在消声器密封板上，转盘通过转动舵机和齿条驱动，通过阀门在吸声腔进口的位置来实现吸声腔的进口管的横截面积变化，进而对不同频率的噪声进行降噪。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的环形吸声腔体的内侧壁上沿圆周方向等间距开设有多个吸声腔进口。如此设置，便于噪声进入。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的吸声腔进口包括大扇形腔和小扇形腔，大扇形腔沿环形吸声腔体的径向方向开设，小扇形腔开设在大扇形腔的一侧，且大扇形腔和小扇形腔相连通，阀门安装在小扇形腔内。如此设置，小扇形腔用于安装阀门，大扇形腔用于噪声进入和消声。其它组成及连接关系与具体实施方式一至三中任意一项相同。
具体实施方式五：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式小扇形腔的高度为大扇形腔高度的四分之一至四分之三。如此设置，便于根据实际的需要，选择不同大小的小扇形腔，以此来调整阀门的高度和大小。其它组成及连接关系与具体实施方式一至四中任意一项相同。
具体实施方式六：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式的阀门为扇形阀门，且阀门固定安装在转盘上。如此设置，便于与小扇形腔配合。其它组成及连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。
具体实施方式七：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式的消声器密封板为环形密封板。如此设置，便于对阀门进行固定。其它组成及连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。
具体实施方式八：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式的共振器的数量为2个-5个。如此设置，便于根据实际情况选择合适数量的共振器来满足消音。其它组成及连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。
具体实施方式九：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式的多个共振器中的每个共振器轴向长度均不同。如此设置，便于针对不同频率的噪声都起到较好的消声效果。其它组成及连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
具体实施方式十：结合图3至图5说明本实施方式，本实施方式还包括多个加强肋3，消声器连接法兰2的外圆周侧壁上以环形阵列的方式安装有多个加强肋3。如此设置，便于提高整个消声器的整体强度。其它组成及连接关系与具体实施方式一至九中任意一项相同。
Claims (9)
1.一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：包括消声器连接法兰、第一共振器装置，所述第一共振器装置包括消声器密封板一、环形吸声腔体一、转盘一、转动舵机一、阀门一，消声器密封板一、环形吸声腔体一、阀门一和转盘一围成吸声腔一，吸声腔一旁设置吸声腔一进口管，吸声腔一和吸声腔一进口管组成一个亥姆霍兹共振器，转动舵机一安装在消声器连接法兰上，转动舵机一连接转动齿条一，阀门一、转盘一、转动齿条一相连；
所述吸声腔一进口管包括大扇形腔、小扇形腔，大扇形腔沿环形吸声腔体一的径向方向开设，小扇形腔开设在大扇形腔的一侧，大扇形腔和小扇形腔相连通，阀门一安装在小扇形腔内。
2.根据权利要求1所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：第一共振器装置的亥姆霍兹共振器包括六个，沿环形吸声腔体一的圆周均匀分布。
3.根据权利要求1所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：环形吸声腔体一、消声器密封板一的外部设置连接柱并连接连接柱。
4.根据权利要求1所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：小扇形腔的高度为大扇形腔高度的四分之一至四分之三。
5.根据权利要求1所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：还包括第二共振器装置，所述第二共振器装置包括消声器密封板二、环形吸声腔体二、转盘二、转动舵机二、阀门二，消声器密封板二、环形吸声腔体二、阀门二和转盘二围成吸声腔二，吸声腔二旁设置吸声腔二进口管，吸声腔二和吸声腔二进口管组成一个亥姆霍兹共振器，转动舵机二安装在消声器连接法兰上，转动舵机二连接转动齿条二，阀门二、转盘二、转动齿条二相连；所述第二共振器装置位于第一共振器装置下方，连接柱延伸至环形吸声腔体二、消声器密封板二的外部。
6.根据权利要求5所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：第二共振器装置的亥姆霍兹共振器包括九个，沿环形吸声腔体二的圆周均匀分布。
7.根据权利要求5所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：还包括第三共振器装置，所述第三共振器装置包括消声器密封板三、环形吸声腔体三、转盘三、转动舵机三、阀门三，消声器密封板三、环形吸声腔体三、阀门三和转盘三围成吸声腔三，吸声腔三旁设置吸声腔三进口管，吸声腔三和吸声腔三进口管组成一个亥姆霍兹共振器，转动舵机三安装在消声器连接法兰上，转动舵机三连接转动齿条三，阀门三、转盘三、转动齿条三相连；所述第三共振器装置位于第二共振器装置下方，连接柱延伸至环形吸声腔体三、消声器密封板三的外部。
8.根据权利要求7所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：第三共振器装置的亥姆霍兹共振器包括十二个，沿环形吸声腔体三的圆周均匀分布。
9.根据权利要求7所述的一种腔体空间结构可调的增压器进气消声器，其特征是：吸声腔二沿轴向方向长于吸声腔一，吸声腔三沿轴向方向长于吸声腔二。
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