CN1191589A - 气流消音器 - Google Patents

Abstract

一种用于减小气体排放时发出的噪音的消音器包括一管状气流件,它有一侧壁、一和气源相连的第一开口端、一关闭的第二端和一设在侧壁上用于从该气流件的内部通过气体的开孔。有一多孔的降噪件至少在侧壁上的第一开孔位置包围管状气流件。有一壳体包围了降噪件,并设有一通过气体用的开孔,该开孔和气流件上的开孔沿外圆周面彼此隔开。在一实施例中,降噪件可是一包绕于管状气流件的金属丝网。

Description

气流消音器

发明背景

本发明指的是一气流消音器。也就是说，本发明指的是一种可减少当高压气流膨胀为外界压力时所发生的噪音的装置。此外，本发明使流体排放以一所希望的方式被导向。

从一压缩气体源经过一开口管道的气体的释放有许多工业用途。一个实例就是在气体透平领域里，例如用于发电。已发觉所希望的是提供对进入透平的入口空气的预热，以便例如防止在寒冷气候操作期间在空气进口和过滤器结冰。为此，使用“排出”管以将透平与空气入口系统相连。如此，来自透平的少量热气体通过一合适的管道系统被带压送给空气入口。在空气入口使用诸开孔的管道以释放被加热的带压气体。

尽管这个系统是有用的，经过诸开孔管道释放气体导致一种有害的、高音调的鸣鸣声；而且，实际上，放出的噪音是如此之大以致使诸开孔管道被大家称为“短笛”管。这噪音造成了令工人和那些居住或工作在这些设备附近的人们不愉快的环境。

过去的一些旨在减小因气体从开孔管道放出而产生的噪音的努力遇到了空气流分布问题和高安装费用的缺点。请参见美国专利5166479，3960239和3949828。

发明概要

本发明提供一气流消音器，它能有效地减小由一带孔管道产生的噪声并保持所希望的气流特性。本发明的消音器制造和安装容易而经济，适用于设备的改造。

本发明的气流消音器包括一管状气流件，它有一侧壁、一和气源相连的第一开口端、一关闭的第二端以及至少一个在侧壁上用于从该气流件的内部通过气体的第一开孔。一多孔的降噪件至少在侧壁上的第一开孔位置包围管状气流件。该降噪件又被一基本上流体密封地固定于管状气流件的壳体所包围。该壳体设置一第二开孔，用于使流过管状气流件的侧壁上的开孔的气体从其中通过。管状气流件的开孔和壳体的开孔沿外圆周面彼此隔开足够远，以迫使通过管状气流件的侧壁上的开孔放掉的气体流过降噪件方能到达壳体上的开孔。

附图简要说明

图1是能使用本发明的气流消音器的一气体透平系统的侧视示意图；

图2是图1中的空气入口的端视图；

图3是本发明的气流消音器的立体图；

图4是图3的消音器的侧视剖面图；

图5是本发明另一实施例的、与图4类似的剖面图；

图6至8是表示多种能被用作为本发明消音器所用的消音材料的网图案的视图。

本发明的详细描述

参阅图1和2，表示了将要描述的本发明的消音器的一应用实例，即在气体透平系统上的使用。该透平系统通常包括空气入口10、透平12和空气出口14。空气入口又能包括诸零部件，诸如一防雨帽16和一防虫网用于防止雨水、昆虫和环境垃圾进入该透平系统。入口空气通过空气过滤器18流到压力通风系统20，再由压力通风系统20流到透平12。

为了预热入口空气，有一排出管22从透平延伸到空气入口。如从图2能看到的，从透平来的带压加热空气从排出管通到供气管24，然后流到集流管26。然后，空气从诸集流管经过本发明的消音器28以一种下面要详细讨论的方式放出。

参阅图3和4，本发明的消音器28包括三个主要元件，即管状气流件30、降噪件38和外壳40。管状气流件30有一封闭端32和一开口端34。在图1和2所示的应用中，该管状气流件30的开口端34与集流管26是流体连通的，以便气流可从透平12流过排出管22、供气管24和集流管。在气体透平系统情况下，送给管状气流件的气体通常处在一约为表压每平方英寸70至200磅的压力下。

降噪件是一种多孔材料，它至少在开孔36的区域包围住管状气流件的侧壁。降噪件的孔率为至少75％，可取的是至少约85％。孔率是由公式{1-(降噪件重量/相同体积的固态材料的重量)}×100确定。在一实施例中，该降噪件是由金属丝网制成，其孔率为87.5％，绕在管状气流件上。该降噪件还能用满足使用条件的物理要求的其它材料，例如具有所需孔率的金属和陶瓷海绵。这种网尤其适用于许多用途，因为它易于被处理并可事先定制产品，即可通过加多或减少成卷的层数来按照专门要求定制该降噪件。

降噪件38外包围着的是壳体40。在一最佳实施例中，壳体40是由一单片的包绕在降噪件外的矩形薄片形成的。例如，该壳体可用16号(gange)不锈钢薄板制成。在该实施例中，该薄钢板能用带42以所需结构形状固定住。有利的是，这些带能类似于惯用于将橡胶管固定位在用的夹子。或者，能用焊接件或箍类系统。可用端板46封在管状气流件30与壳体40之间。可取的是，在壳体的一端，将端板46固定于壳体和管状气流件，同时在壳体的另一端只要将端板固定于壳体。这样，在壳体和端板组合与管状气流件之间可有小量的相对移动，以适应材料的膨胀和收缩。端板与管状气流件之间的，以及端板与壳体间的密封基本上是流体密封。也就是说，尽管提供一种具有绝对流体密封性能的密封件是不经济或实际上是不可能，但在实用性范围内应该是流体密封的。

开孔44可使气体从壳体40内部排放出。在图示的实施例中，排放孔44是由用于形成壳体40的矩形薄板的端面棱边限定的。也就是说，用于形成壳体40的薄板的宽度要选择得使当该薄板包绕在降噪件38外时两棱边不要相互碰到，从而留下一条通过其可放出气体的纵向缺口。

为迫使来自管状气流件30的内部的气体在它通过壳体40中的开孔44释放之前，通过降噪件38，管状气流件的侧壁上的开孔36应沿外圆周与壳体上的开孔44错开。这样，当气体从管状气流件出来流入降噪件后，直到气体通过降噪材料而到达到开孔44前的整个时间内，皆被封闭在壳体40内。由于气体在通过开孔36而在到达开孔44之前大部分得以膨胀了，当气体到达开孔44时实际上是完全膨胀了。

可取的是，孔36和44沿外圆周离开一至少为90E的角距离，这个间距是以两孔的中心为准。在图4所示的实施例中，该间距是180E。尽管在壳体上的开孔44可做成任何所需的形状，但将它做成一沿纵向的缺口是有利的，因为这样可使该孔的尺寸做得最大，并能保持与管状气流件上的孔36之间的间距为最大。

在图5所示实施例中，管状气流件设有两个沿其直径方向的相对的孔36，而壳体设有两沿直径方向的相对的孔44。能看出：这样的设置保持孔36与44之间的沿外圆周的间距至少为90°(也是以孔中心为准)。在有些用途方面这样的设置是有利的，因为能减少一个既定设备所需要的总的消音器的数量。例如，图2中所示的消音器数量可以减少。此外，在有些情况下，当气体通过丝网降噪件上的金属丝时又会发出噪声。图5的实施例将降低在降噪件中的速度，这样就减少了发生噪音的可能性。

从图3可看出：能提供一种在其侧壁上具有几组开孔的管状气流件，而每组开孔具有其自己相关的降噪件38和壳体40。在图3所示的实施例中，有这样的两组。一般来说，每组包括3至12个孔，这要根据所考虑的专门用途而定。尽管可采用交错排列方式，而通常将这些孔按一直线排列，并使每个孔沿外圆周面上离壳体上的开孔的间距至少为90°。

降噪件38的层厚取决于专门用途和所需的减噪量。对于用于上述气体透平系统的消音器情况，管状气流件30的内部横截面积与降噪件38的横截面积之比为1∶1至1∶10，而通常取为1∶2至1∶6。还有，在图示的气体透平系统中，图3所示的消音器28的长度约7英尺。管状气流件30的外径约2.375英寸，壳体40的内径约4.5时，在本实施例中反映降噪件38的厚度的差值略大于1英寸。在气体透平系统情况下，希望将噪音值降低到在离空气入口处为3英尺处的噪音值小于85分贝。

开孔36和44的大小取决于所需的空气流和所需的降噪要求。在图示的气体透平系统中，开孔36能做成圆形，其直径为约0.08英寸至0.5英寸，例如取为约11/64英寸。这样能使管状气流件中的压力保持在表压每平方英寸30磅或更大些，以提供一音响流量，这样使气体流量最大，并防止噪声沿向上游方向放出。在这种情况下，开孔44约1.5英寸宽。

一般说来，根据不同的温度和压力，开孔44的面积约为管状气流件的诸开孔36的总面积的75至2000倍。对于大多数气体透平系统，开孔44的面积比诸开孔36的总面积大约200倍。在任何情况下，孔44的沿外圆周方向上的宽度不应大于90E。如孔44太窄，其自身要产生噪音。如孔44太宽，将会产生不充分的降噪。

用于本发明的消音器的材料取决于要操作的环境。本发明能用于宽的温度和压力范围。例如，温度范围为-50至1500EF，尤其是从环境温度至800EF。压力能高至表压每平方英寸几千磅。通常为约表压每平方英寸15-500磅。在上述的气体透平用途上，适用于管状气流件的可取的材料为不锈钢，尤其是304或304L，而壳体所用的材料应能经受较高温度。根据需要也能用其它材料或陶瓷。在这种情况下，降噪件38可用不锈钢丝网做成。一个实例是由新泽西的Metex ofEdson现成供应的、用0.011英寸直径的304不锈钢丝编织成的100密度丝网。尽管按图6所示网的编织图样尤其有用，也可用其它图样，包括图7所示的编织方式或如图8所示的六角形“铁丝网”图案(“chicken wire”pattern)。在有些情况下，编或织出的网可制成一管子形式。在这种情况下，不必为了本发明目的而“打开”该管子以将网加于管状气流件。该网管能以一种压扁状态绕成一两层件。

当将丝网加于管状气流件而作为降噪件时，网的内端，即与管状气流件邻接的那一端只需固定于管状气流件，并在缠绕过程中要足以使该网固定在位。为此目的可使用粘胶带或其它适用的粘结剂。一般说来，缠绕本身是以在使用中将该内端固定到位。但是，该网的外端，即与壳体邻接的那一端应更牢固地固定住。在金属丝网情况下，可使用一适量的弯曲环，或例如用不锈钢丝将外端缝合于底层上。此外，最好是使网的外端位于沿外圆周上一远离于开孔44的位置，最好使间距相差90°，这样，如外端变得松动时，就减少了通过开孔44滑出的机会。

还有，在本发明消音器在气体透平系统的应用中，管形气流件30的端部32可用一不锈钢端帽封住。类似地，如同带42一样，端板46能用不锈钢制成。

可看出：本发明提供了一种用于气流中的消音器，它适用于许多用途，提供优良的对空气流的控制，安装起来较方便而经济。它可用于新结构或改进结构。尽管本发明是结合一气体透平系统说明的，可以理解：它能用于任何其内的空气或任何其它气体通过一较薄管道排放至一较低压力的场合。尽管上面对本发明作了详细说明，但并不限于此，对于熟悉本领域的人员来说，显然能作出另外的修改，而本发明是由下述权利要求所限定的。

Claims (21)

1.一种气流消音器包括：

一管状气流件，它有一侧壁、一和气源相连的第一开口端、一关闭的第二端，侧壁上设有一用于从该气流件的内部通过气体的第一开孔；

一多孔的降噪件至少在侧壁上的第一开孔位置包围管状气流件；以及

一包围了降噪件并基本上流体密封地固定于管状气流件的壳体，其上设有一第二开孔，用于使已流过所述第一开孔的气体从其中通过；

第一开孔和第二开孔沿外圆周面彼此隔开足够远，以致使通过所述第一开孔的气体被迫流过降噪件以到达第二开孔。

2.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，第一和第二开孔沿外圆周面彼此间隔一至少为90°的角距离。

3.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，降噪件包括一绕在管状气流件上的金属丝网。

4.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，管状气流件的侧壁设有多个排列为至少两组的开孔，设一多孔的降噪件对应于每一组第一开孔，诸降噪件沿纵向彼此间隔开。

5.如权利要求4所述的消音器，其特征在于，每一个降噪件设有一壳体，诸壳体沿纵向彼此间隔开。

6.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，壳体有第一和第二端，该消音器还包括设置在壳体的第一和第二端的第一和第二板，用于将壳体基本流体密封于管状气流件。

7.如权利要求6所述的消音器，其特征在于，第一板固定于管状气流件，第二板与管状气流件可相对移动。

8.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，第二开孔基本上延伸了壳体的全长。

9.如权利要求8所述的消音器，其特征在于，壳体是一包绕于降噪件的薄板，第二开孔由一薄板的相对的两边缘间的间隙形成。

10.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，降噪件的孔率为至少约75％。

11.如权利要求10所述的消音器，其特征在于，降噪件的孔率为至少85％。

12.如权利要求3所述的消音器，其特征在于，金属丝网是一扁平管，它绕于管状气流件。

13.一种用于气体透平的消音器包括：

一管状气流件，它有一侧壁、一用于接收来自一气体透平的带压热气流的第一开口端和一关闭的第二端，侧壁上设有多个用于通过来自该气流件的内部的气体的第一开孔；

一多孔的降噪件，它包围该管状气流件，是一至少在侧壁的第一开孔位置包绕于管状气流件的金属丝网，该网的孔率至少75％；以及

一壳体，它包围于降噪件以形成一具有第一和第二端的壳体，该壳体利用设置在该壳体的第一和第二端的第一和第二板基本上流体密封地固定于管状气流件，该壳体设有一基本上延伸于该壳体的全长的第二开孔，该第二开孔呈一在薄板的相对的两边缘间的间隙，并用来为通过第一开孔而朝一气体透平系统的一空气入口的气体导向；

第一开孔和第二开孔沿外圆周面彼此隔开一至少为90°的角距，以迫使通过所述第一开孔的气体流过降噪件以到达第二开孔，第二开孔的面积大于诸第一开孔的总面积的约75-2000倍。

14.如权利要求13所述的消音器，其特征在于，诸第一开孔排列为至少两组，设一降噪件对应于每一组第一开孔，诸降噪件沿纵向彼此间隔开。

15.如权利要求14所述的消音器，其特征在于，每一个降噪件设有一壳体，诸壳体沿纵向彼此间隔开。

16.如权利要求13所述的消音器，其特征在于，第一板固定于管状气流件，第二板与管状气流件可相对移动。

17.如权利要求13所述的消音器，其特征在于，金属丝网是一扁平管，它绕于管状气流件。

18.一种气体喷射系统包括：

一压缩气流源；

一如权利要求1所述的消音器；以及

一与压缩气流源和如权利要求1所述的消音器流体连接，用于带压向消音器供气的供气系统。

19.如权利要求18所述的气体喷射系统，其特征在于，该供气系统包括一流体连接于带压气流源的供气管和一流体连接于供气管的集流管，该消音器连接于该集流管。

20.一种气体透平系统：

一透平；

一用于向透平供空气的空气入口座；以及

一如权利要求18所述的气体喷射系统，其中，该透平是一压缩气流源，该消音器设置在该空气入口座上。

21.如权利要求所述的气体透平系统，其特征在于，该供气系统包括一流体连接于该带压气流源的供气管和一流体连接于该供气管的集流管，该消音器连接于该集流管，该集流管和该消音器设置在空气入口座上。

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