CN1371449A - 供有限间距的气动装置使用的具有隔音材料的消音器 - Google Patents

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Abstract

一种用于削弱由具有有限间隙的气动装置产生的噪音的消音器。该消音器包括外壳与隔音材料。外壳包括一入口与一出口。在一较佳实施例中,外壳的至少一部分是截头圆锥体,这样出口具有的宽度大于入口的宽度。另外较佳地,外壳具有的最大宽度小于约1.5英寸(38mm)。隔音材料置于外壳内且形成有多个微型气囊。另外,隔音材料被构造成与外壳的形状一致。消音器可与具有有限的用于容纳消音器的空间的气动阀一起使用,它以最小的背压提供了充分的噪音削减。

Description

供有限间距的气动装置使用的具有隔音材料的消音器
技术背景
本发明涉及一种用于削弱由气动装置产生的噪音的消音器。尤其涉及一种与仅具有用于安置消音器的有限空间的气动装置一起使用的尺寸减小的消音器。
许多不同种类的装置是由气动控制和/或驱动的。这种装置包括加工设备，它结合了一个或多个气动阀组，气动机器人的应用、气动测试设备、手持式工具、泵等等。基本上，利用加压流体、标准状态的空气的流动启动或操作使如一连接臂的机械装置，从而得到所需的输出。根据特定的用途，通常结合一个或多个气动阀，使加压的空气引向装置内所需的位置，也可引导空气通过一排出孔使其释放。由于空气被加压和而排出孔相对较小，故排出的空气通常以很高的速度运动。当高速的空气流入相对静止的空气中，空气流变成紊流。与此时紊流的空气流相联系的涡流产生压力波动，从而导致了排出噪音。
根据特定的用途，排出噪音会上升到无法接受的水平，可能引发由噪音引起的听力丧失。作为一参考点，美国国家标准对连续8小时以上处于噪音级超过85分贝(dB)的个人提出需要听力保护。国际标准对连续8小时以上噪音级超过80分贝(dB)的提出需要听力保护。值得注意的是，排出噪音低于80dB或间歇的噪音级大于80dB同样可能造成刺激和伤害。
有各种各样的技术可用来减小由气动设备产生的排出噪音的影响。例如对靠近该设备工作的个人可以带听力保护装置。遗憾的是，操作者可能遗忘配带听力保护装置，或由于感觉不方便而放弃使用听力保护装置。另外，其它没有配带听力保护装置的邻近的工人或访客将受到同样的与噪音有关的困扰。或者，在该设备的周围可以放置一声降或隔音围墙。然而，在许多场合中，从成本的观点以及由于外部的障碍物可能妨碍设备正常的操作这两方面考虑，这种手段是不适用的。第三，实践中常用的手段是将一消音器或一消声器与一排出孔相连。
一般而言，与气动装置相关的消音器通过对气流设置一障碍、吸收声波或两者相结合来削弱噪音。对于大多数的商业应用，一典型的消音器包括一圆柱体外壳，它被设计用于安装至排出孔。外壳形成一个或多个内腔，通过内腔引导来自排出孔的空气。另外，通常在外壳内设置有气流障碍和/或声音吸收插入物。最后，外壳将形成一个或多个气流通道或孔，通过这些通道或孔空气从消音器中释放(或排出)。许多种类的材料可以用作插入物，其范围从金属和织物到陶瓷复合材料。例如从明尼苏达州、圣保罗市的Minnesota Mining &Manufacturing公司可获得各种气动消音器产品，其中的产品使用了可替换的声音障碍插入物。
不管具体的结构怎样，在评估气动消音器的性能时必须考虑两个重要的参数。第一，消音器必须将排出的噪音限制在一可接受的程度。另外，须考虑到由消音器产生的任何背压。简而言之，整个系统压力的一部分需用来推动某一气流通过消音器。该压力称为消音器的背压。根据特定的应用以及背压的大小，气动装置的整体性能会大大削弱。
如人们熟知的，噪音的削弱与背压的最小化是反向相关的。也就是说，特定的气动消音器的降噪特征可通过结合附加的或密度更高的插入材料来提高。然而，附加的材料或材料密度可能会增加背压，因此降低了消音器的效率。根据这种相关性，噪音的削弱及背压可以通过将消音器的外壳及相关的插入材料设计得相对较大而优化。例如，大多数可购得气动消音器的长度在4-8英寸(102mm-2C3mm)的范围中，而外径在1.5-4英寸(38mm-102mm)的范围中。
带有上述尺寸特征的气动消音器已被证明在用最小的背压削弱气动排出的噪音方面是非常有效的。然而遗憾的是，某些气动装置的应用未能提供足够的消音器的容积。例如，某类处理设备(例如一信件分类装置)包括结合了大量气动阀(以及排出孔)的一阀组，且气动阀相互间靠得很近。这些阀排出孔具有的中心至中心的间隔时常小于1.5英寸(38mm)。显然，由于这些有限制的间距不可能并排安装两台消音器，上述“标准”的消音器的尺寸限制了它们的使用。另外，消音器的外壳相对较长而从气动装置延伸出一明显的距离处，操作者不经意地接触以及可能的断裂或对消音器的损坏变得愈加常见。
人们做了很多努力以克服与若干靠近隔开的气动阀排出孔相联系的间距的问题。例如，可以将管材与每一个排出孔相连，而后将管材连到位于与排出孔隔开的一位置上的一单个的消音器。这种技术费时又费钱，而且可能导致过高的背压。或者，偿试生产一种含有如烧结黄铜或毛玷之类的障碍材料的减小尺寸的圆筒体形的消音器外壳。当一系列如此构造的消音器被并排安装到一确定间距的阀组时，与单个消音器相联系的选定插入材料的必然的小体积不能改变气流和/或吸收噪音以提供充足的对噪音的消减。
用于消减由气动装置产生的噪音的消音器仍然非常普及。然而，当特定的气动装置具有非常有限的用于容纳消音器的容积空间时，“标准”尺寸的消音噪就不能被使用了。设计一种切实可行的、尺寸减小了的气动消音器的努力至今还未见效果。因此，就存在一种需求，即需要具有可接受的噪音减少量及背压特性的空气消音器，它们的尺寸被调整为可用于有限的容积空间。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种用于削弱在气动装置的排出孔处产生的噪音的消音器。消音器包括一外壳以及一隔音材料。外壳形成一入口与一出口。该入口构造成用于安装至排出孔。另外，外壳的至少一部分是截头圆锥体，这样出口具有的直径比入口的直径大。隔音材料包括多个微型气囊且被置于外壳中。所以，隔音材料被构造成与外壳的形状相一致。
在使用前，外壳安装在出口处的排出孔上。从排出孔中排出的受压的空气被引导通过入口与隔音材料接触。隔音材料表现为大量的曲折通道，从而改变或扩散气流，把声能转化为热能。另外，由于截头圆锥体的形状，外壳可用来更均匀地分布空气通过隔音材料，同时也使紊流的形成最小化。以这些特性，该消音器可实现明显的噪音削弱。显然，隔音材料与截头圆锥形外壳相结合产生最小的背压。
本发明的另一个方面涉及一种用于削弱在气动装置的排出孔处产生的噪音的消音器。消音器包括外壳与隔音材料。外壳包括一入口与一出口，入口被构造成用于安装至排出口。另外，外壳具有的最大宽度小于约1.5英寸(38mm)。例如，在一较佳实施例中，外壳是截头圆锥体，从而它具有的最大的截面直径(或宽度)小于约1.5英寸(38mm)。隔音材料包括多个微型气囊且被置于外壳内。尤其，隔音材料被构造成与外壳的形状相一致。在一较佳实施例中，外壳形成一小于约1.5英寸(38mm)的延伸长度。
在使用前，消音器安装在入口处的排出孔上。外壳有限的最大宽度有利于将消音器安装在一狭窄的区域中。另外，一系列类似结构的消音器可以作为具有若干接近隔开的排出孔的气动阀组的零件被并排放置。进入消音器的空气被引向与隔音材料接触。隔音材料为气流设置障碍。由于在气流中引起变化，消音器以最小的背压限制了可能在排出孔处产生的噪音。
本发明的另一方面涉及一种生产用于削弱在气动阀的排出孔处产生的噪音的消音器的方法。该方法包括设置一具有入口与出口的外壳。同样也设置有包括多个微型气囊的隔音材料。所选择的隔音材料为在第一种状态下可流动的而在第二种状态下相对较刚性的。在第一种状态下，隔音材料被插入外壳内，这样隔音材料与外壳形状相一致。最后，在外壳内的隔音材料被转变成第二种状态，这样该材料相对较刚性。在这种相对较刚性的状态下，隔音材料用作于从入口进入消音器的气流的障碍。
附图说明
图1为根据本发明的消音器的立体图；
图2为图1中的消音器的外壳部分的放大侧视截面图；
图3为图1中的消音器的放大的侧视截面图，其中未示出罩盖；
图4为图1中的消音器的罩盖部分的示图；
图5为图1中的消音器的分解侧视图；
图6为结合了本发明的消音器的气动装置的侧视平面图；以及
图7为图6的装置的一部分的放大侧视截面图，其中描绘出了通过消音器的气流。
具体实施方式
消音器20的一较佳实施例如图1所示。消音器20包括一外壳22、一隔音材料24以及一罩盖26(图1中部分地示出)。一般而言，隔音材料24置于外壳22中。罩盖26安装在外壳22的一端上。
参照图1与图2，外壳22包括形成一入口30及一出口32的一侧壁28，且外壳22由一入口部分34、一中心部分36以及一出口部分38形成。作为一参考点，在最终的组件的上，空气在入口30处进入消音器20及通常被引向出口32。因此，各部分和/或位置可以被描述为入口30的“上游”或出口32的“下游”，这可以理解，方向性术语的使用仅为了说明的目的而不起任何限定。
入口部分34较佳为圆筒体形的，且被构造成用于安装到一气动装置排出孔(未图示)。因此，在一较佳实施例中，入口部分34形成外螺纹40。或者，也可以使用其它的安装技术与相关设计。然而，这种带有较佳的外螺纹40的入口部分34根据“标准”排出孔的尺寸来确定大小。因此，例如，入口部分34较佳地具有与1/8英寸美国标准锥管螺纹(NPT)排出孔相对应的一外径。或者，入口部分34可以制成与1/4英寸NPT、3/8英寸NPT、1/2英寸NPT、3/4英寸NPT或1英寸NPT相对应的尺寸大小。另外，甚至当排出孔具有不同于美国标准锥管螺纹的安装设计(例如不带有锥形的)时，入口部分34将可采取一相应的结构。
中心部分36从入口部分34起延伸，且较佳的为截头圆锥体的形状。尤其，中心部分36从入口部分34以有角度的方式向出口部分38延伸，这样出口32具有的直径比入口30的直径大。关于图2的纵向截面图，在中心部分36处的侧壁28的截头圆锥体的形状较佳地形成范围大致为100°-170°的一夹角度，更佳地该角度范围为125°-160°，当然其它的尺寸也可使用。例如，中心部分36可为圆筒体形。另外甚至于中心部分36横截面无需为环形。例如，中心部分36横截面的形状可采取三角形、正方形、八角形等等。
在较佳实施例中，较佳地，中心部分36形成多个气流孔，一般如42所示。各孔42延伸通过侧壁28，从而允许来自外壳22的内部的气流通过。在一较佳实施例中，多个孔42包括第一行槽44以及第二行槽46，其中带有各个槽44、46以圆周方式延伸。如图2所示，第一行槽44相邻于入口部分34形成，而第二行槽46相邻于出口部分38形成。较佳的，各个槽44、46尺寸及空间被定为可提供最大的气流容量而不用过度减小外壳22的结构的整体。因此，例如各个槽44、46的高度大致在0.1-0.2英寸(2.5-5mm)的范围中，而间隔为大约0.1英寸(2.5mm)。或者，其它尺寸、间隔及方向也可接受。例如，各个槽44、46可与圆周相对的轴向延伸。另外，多个孔42无需采取为一槽的结构，也可替换为其它任何形状，如圆形、方形等等。
出口部分38从中心部分36延伸，其较佳为圆筒体形。在较佳实施例中，出口部分38形成一环状的肋48。该环状的肋48的尺寸大小被制成可选择地保持罩盖26(图1)，这将在下文中详述。
较佳的，外壳22的各部分由相对较刚性的材料一体形成。例如，在一较佳实施例中，外壳22为一模制的聚合物，较佳的为聚酰胺(由33％重量的玻璃纤维增强的尼龙6，6(PA 66))。或者，其它聚合物如聚丙烯也可使用。基本上，外壳22可以为任何可模制的或机加工的材料，例如陶瓷、钢或铝以及其组合物或合成物。
总体上来说，外壳22的尺寸较佳地做成用于与具有有限的消音器容积的气动装置配合使用。尤其较佳的是，外壳22具有的最大的宽度(横截面中形成的)小于1.5英寸(38mm)；更佳为小于约1英寸(25mm)。因此，外壳22的横截面形状为环形的较佳实施例中，外壳22较佳地具有由出口32处的侧壁28的外径确定的最大直径(或宽度)，其小于1.5英寸(38mm)；更佳的是小于1英寸(25mm)。例如，在一较佳实施例中，出口32具有约0.94英寸(23.9mm)的外径。出口32处的侧壁28的内部宽度(较佳为一内径)与侧壁28的厚度相关。在一较佳实施例中，侧壁28具有的厚度范围约0.01-0.1英寸(0.25-2.5mm)，由此使出口32的内部宽度最大。最后较佳的，外壳22具有一有限的高度或长度(由入口30到出口32的距离确定)。尤其较佳的是，外壳22的长度(或相对于图2方向的高度)小于约1.5英寸(38mm)；更佳的是小于约1.25英寸(32mm)。需注意在使用过程中，入口部分34典型地安装在一排出孔中(未图示)，这样仅有中心部分36及出口部分38向外延伸。以这种观点，外壳22最终安装的延伸长度(由中心部分36与出口部分38的组合确定)较佳的为小于约1.5英寸(38mm)；更佳为小于1.25英寸(32mm)；最佳为小于1英寸(25mm)。例如，在一较佳实施例中，外壳22的总长度或高度为1.16英寸(29.5mm)，而最终安装延伸长度为0.91英寸(23.1mm)。
如图3所示，隔音材料24被置于外壳22内。隔音材料24较佳地可构成成与外壳22一致的形状，形成了与入口30相邻的前端50以及与出口32相邻的一尾端52。较佳的，前端50被定位在入口30的下游，而尾端52较佳地大致与出口32相邻接。最后，根据下述的生产过程，较佳的是，隔音材料24的部分通过至少一个——较佳的为通过每—个——孔42延伸，这样使隔音材料24固定至外壳22。
在较佳实施例中，隔音材料24形成一核心通道54。如图3所示，核心通道54在前端50处敞开，从而与外壳22的入口30流体连通。核心通道54以通常的轴向方式(相对于由外壳22形成的一中心轴线)从前端50向尾端52往下游延伸。较佳的是，核心通道54不通过尾端52。换而言之，核心通道54在位于尾端52的上游的一闭合端56处终止，这样核心通道54相对于尾端52闭合。在一较佳实施例中，核心通道54延伸超过孔42。换而言之，闭合端56较佳地位于孔42的下游。最后，核心通道54较佳地具有一均匀的直径，它约为入口30的内径。或者，核心通道54可以是不均匀的，以及具有与入口30不同的直径。
通过带有核心通道54，隔音材料24由上游部分58及下游部分60(如图3中通常所示)有效地形成。上游部分58从前端50延伸并包围核心通道54。相反地，下游部分60形成核心通道54的一闭合端56并向尾端52延伸。下游部分60总的为碟形，且连续地通过外壳22的直径。以这样的结构，下游部分60对流过轴向的核心通道54的气流设置了一相对完整的、径向的障碍。在较佳实施例中，下游部分60具有的一轴向厚度(或高度)约在0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)的范围中，更佳的为0.2英寸(5mm)。因此，尾端52与外壳22的出口32相邻接，形成了核心通道54，从而闭合端56离出口32约为0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)，更佳的为0.2英寸(5mm)。
隔音材料24较佳地包括多个微型气囊，且被构造成用作一声音(或气流)的障碍。在一较佳实施例中，隔音材料包括许多陶瓷微型气囊，每个均具有大约5-150微米的平均外径，在它们接触点上被结合在一起。如本说明书中所使用的术语“陶瓷”可理解为包括玻璃。较佳的是，隔音材料由约百分之20-60的隙率为特征，也可以微型气囊间的空间为特征，其具有的特征直径在流动通过消音器20的空气的粘性表层深度的的数量级的大小之内，如以1kHz计算，气流阻抗系数约为0.5×104-4×107mks瑞利/米，以及与质量定律性能可比较的声音的衰减。微型气囊可烧结成相互间直接接触，或者可使用许多粘合材料中的一种使微型气囊支撑在合成材料中。例如，粘合剂可由一种无机或有机的材料制成，包括陶瓷的、聚合的及弹性的材料。用于隔音材料的可采用的材料在例如美国专利Nos.5,658,656及5,504,281中有描述，这些内容结合在此处以作参考。
不管具体的成分为何，隔音材料24建立了大量的微小的曲折通道(未图示)。因此，引入与隔音材料24接触的空气被迫通过这些通道，引起了空气速度的变化。
图4中更详细地示出了罩盖26。罩盖26包括一基部70以及一凸缘72(图4中部分地示出)。基部70与外壳22的出口32的形状相一致，因此较佳地为环形，且形成多个开口74。开口74的尺寸被制成利于气流在最终的组件上通过罩盖26。或者，可设置一单一的开口。
凸缘72以一环状的形式从基部70延伸，且其尺寸做成用于安装到出口部分38(图2)。在这方面上，凸缘72较佳地形成一环状凹进部分76(为图7中清楚的所示)。环状凹进部分76的尺寸被制成可容纳外壳22的环状肋48(图2)。对于此种结构，罩盖26通过一搭扣配合安装至一外壳22。或者，罩盖26可构造成以其它的连接技术与外壳22安装在一起，如压配合、粘合、螺纹配合等等。较佳的，罩盖26相对较薄，这样可以减小消音器20的总尺寸(图1)。例如，对于较佳实施例，凸缘72具有的径向厚度约在0.01-0.05英寸(0.25-1.2mm)范围内。另外，凸缘72的外表面可以滚花以便于消音器20的手工安装。
在一较佳实施例中，罩盖26由与外壳22相同材料组成。因此，例如罩盖26可为一模制的聚合物如聚酰胺或聚丙烯。或者，也可以使用其它相对较刚性的材料。
图5示出了消音器20的装配。在外壳22成形后，隔音材料24被插入其中。所以，在一较佳实施例中，选择用于隔音材料24的材料在第一种状态中是可流动的。例如，隔音材料24可以为粉末状，或是在第一种状态中为流状的。对于此种结构，隔音材料24在第一种状态中可有效地流入外壳22中。例如，当隔音材料24是在第一种状态中的一种粉末时，就可使用一种注入型的装置来将粉末吹入外壳22中。为了防止在此插入阶段中过量的隔音材料24通过孔42释放，较佳的是将外壳22置于一尺寸做成与外壳22的外部相一致的模具中。该模具是外壳22的阴模，用以防止隔音材料24(为可流动状态的)泄漏到孔42外。在一较佳实施例中，模具由不粘的材料构成，例如杜邦公司的TeflonTM之类的含氟聚合物。类似的，外壳22的出口在隔音材料24插入之前闭合。另外，为了形成一较佳的核心通道54(图3)，一柱子(可为模具的一部分)被置于外壳22内，它从入口30向所需的高度延伸。然后，在随后的插入过程中，隔音材料24转绕柱子成形，形成了核心通道54。
较佳地，隔音材料24被装在外壳22中并被转化成第二种、相对坚硬的状态。例如，隔音材料24可以凝固或其它的固化法。该步骤可以通过加热材料24增强。在这第二种状态中，隔音材料24为一相对刚性的、不可流动的(较佳为固态)、基本完整的形状。然后，外壳22从模具中被取出，以及从外壳22的外部去除任何多余的声隔音材料，如可通过抛光或砂纸打磨。如图3清楚地所示，在最终的、刚性状态中，隔音材料24大致与外壳22的出口32邻接。另外，由于此时相对刚性的、完整的形状，通过孔42延伸的隔音材料24的诸部分使隔音材料24固定在外壳22中。
或者，可以脱离外壳22形成隔音材料24。也就是说，隔音材料24的块(以相对刚性状态)可以被加工(如切削)成与外壳22的内部体积相应的大小与形状。然后，可以通过钻孔加工形成核心通道54。一旦适当形成，隔音材料24就可被轻易地插入外壳22内。
罩盖26安装在出口32处的外壳22上，在一较佳实施例中，罩盖26通过搭扣配合固定在外壳22上，当然其它的安装技术也可使用。显然，由于隔音材料24是固体且通过孔42独立地固定于外壳22内，较佳地，无需要求罩盖保持隔音材料24。因此，罩盖26不是必要元件。然而，出于美观的目的，可设置一罩盖26。或者，当隔音材料24不是单独安装的，就必需有一罩盖26以防止隔音材料24从外壳22移出。
按照最终的装配上，消音器用于削弱由气动阀造成的噪音。例如，图6示出了一种气动阀组100。该气动阀100可以形成作为一辅助装置的一部分(未图示)，例如一种生产和/或加工装置或气动机器人的应用。或者，消音器20可以与泵或其它气动装置相联系的单一的阀使用在一起。关于如图6所示的应用，所示出的阀组100包括三个气动阀102(总的如图6所示)，每一个形成一排出孔104。一般而言，每一个气动阀102的操作产生通过相应排出孔104排出的加压的空气。如果让其开放，从排出孔104离开的强制的空气将会变成很强的紊流，从而导致了噪音。这种噪音可通过与各排出孔104相联系的本发明的消音器20削弱。
在使用之前，每一个消音器安装在相应的各个排出孔104上。例如对于标准的气动阀的应用各个排出孔104被加工螺纹。参照图2，同样与各消音器相关的外壳22分别也加工螺纹，用于安装至排出孔104上。或者，可采用其它各种安装技术。重要的是，所示出的与阀组100相联系的气动阀102相互间间隔很近。这种配置在商业应用中很常见，由此，气动阀102及相应的排出孔104并排的间距小于1.5英寸(38mm)。在这些受限制的间距条件下，由于它们的尺寸过大的外壳不可能使用“标准”消音器。然而，本发明的消音器20可与有限间距的气动阀102一起使用，这是由于该消音器20具有的最大宽度小于约1.5英寸(38mm)。另外，由于消音器20从阀组100延伸长度小于约1.5英寸(38mm)，不经意间的接触与损坏的可能性就大大地减少了。
一旦与阀组100固定，消音器20削弱在排出孔104处产生的噪音。在图7中更详细地示出了单独一个带有一个气动阀102的消音器20。空气在入口30处进入消音器20并被向下游方向引导至隔音材料24(如箭头所示)。主要的紊流气流通过核心通道54轴向引导至隔音材料24的下游部分60。如上所述，下游部分60表现为对气流的一屏障。另外，隔音材料24的截面区域比排出孔104的截面区域大。实际上，通过气流与隔音材料24的相互作用隔音材料24将声能转化为热能。在微观的角度上，隔音材料24呈现为对气流的极端大量的小的曲折的通道。气流通过这些通道以减小的速度传播或扩散，造成了更多的层流。人们熟知的，层流不会造成与紊流气流相联系的由压力产生的涡流，因此基本上不会产生噪音或没有噪声。显然，可以发现对于上述的隔音材料24的较佳的组成，下游部分60的厚度(或高度)仅在约0.1-0.3英寸(2.5-7.6mm)范围内并能产生充分的气流的转换，从而减小了噪音。这种效果可以通过形成一连续碟形、直接位于气流路径中的下游部分60而显著提升，由此提供了相对充分的气流相互作用表面区域。最后，一些附加的噪音的减小可以通过隔音材料24吸收一部分声波以及在外壳22内发生的声波的消失来完成。
需认识到的是，不是所有的进入消音器20的空气会导向隔音材料24的下游。也就是说，由于它的紊流的特性，部分气流会以一般径向方式通过核心通道54进入位于下游部分58的隔音材料24中。再一次，位于上游部分58的隔音材料24用作为一气流的障碍，转变了气流的特性。由于位于止游部分58的隔音材料24相对较薄(径向的)，气流可能通过隔音材料24到达外壳22而未经充分地转换。然而，由于外壳22的截头圆锥体的形状，该气流被基本导向下游，在那里气流会遇到附加的隔音材料24表面区域。另外，截头圆锥体的形状自然地限制了紊流的流动及相关的涡流的形成。因此，外壳22较佳的截头圆锥体的形状有利于气流的转换，从而减少了噪音。为了使背压最小化，部分气流被允许通过孔40排出。
本发明的消音器20提供充分的噪音的削弱。例如，对于具有放开的排出孔噪音级约在50-100dB范围之内的气动阀，消音器20可减小气动阀排出孔噪音至少10dB；更佳的至少15dB；最佳的至少20dB。重要的是，消音器20使背压最小的同时提供了噪音的衰减隔音材料24的较佳组成及外壳22的形状可迅速地改转气流，而后允许气流在出口32及孔42处释放。例如，气流流率在5-30cfm(141-848升/分)的范围内，消音器20产生的背压约在5-60psi(34-413kPa)的范围中。
本发明的气动消音器比以前的设计有了显著的改进。该消音器可被制成独特尺寸以用于带有有限的消音器间距的气动阀。与直径大于3英寸(75mm)、长度大于5英寸(127mm)的一般可购得的气动消音器不同，本发明的消音器特别设计可使其具有的最大宽度与延伸尺寸小于约1.5英寸(38mm)。随着尺寸大大减小，该消音器可用于带有中心至中心非常有限的排出孔间距的阀组。另外，本发明的消音器可减小使用者不经意地接触与相应的损坏的可能性。最后，与其它少数目前可得到的尺寸减小的消音器不同，本发明的消音器可以最小的背压提供充分的噪音消减。
实例
本发明已参照各种特定的及较佳实施例进行了描述，并将参照以下详细的实施进一步描述。然而，应该理解到，在所示实例及详细描述之外，在本发明的主旨的基础上还可有许多延伸、变化及修改，这些都将被包括在本发明的精神与范围之内。
根据本发明的较佳实施例制备的一消音器具有聚合物(由33％重量玻璃纤维增强的尼龙6，6(PA 66))的外壳，外壳的外部长度为1.2英寸(30.5mm)和最大直径为1英寸(25mm)以及粉末状环氧树脂：玻璃微型气囊陶瓷隔音材料的部分重量比为2∶1的1.0克，并带有直径为0.36英寸(9.1mm)以及长度为0.9英寸(22.9mm)的核心通道。作为一参考点，消音器不包括一罩盖(如图1所示的罩盖)。消音器被固定在一气动阀装置的排出孔上。而后，该气动阀工作并测量各类数据。尤其，如将一Brüel & Kjaer 2144型实时双通道频率分析仪拾音器置于离消音器24英寸(61mm)及45度角处。声音作为一第二窗口中的脉冲被测量。另外，还测量了气动阀的汽缸恢复时间。汽缸恢复时间是对于与气动阀装置相联系的汽缸完成单个冲程所需的时间的量度。实际上，汽缸恢复时间是系统中背压的函数(例如，背压的增加引起汽缸恢复时间的增加)。因此，例如当消音器与气动阀装置相连接，由消音器产生的任何加压将增加汽缸恢复时间。
对于上述参数，在带有消音器与不带有消音器的气动阀的操作过程中进行测量。从而可获得以下的结果：
不带有消音器的气动阀的性能
实例   声压级  汽缸恢复时间
1   94.0dB  0.33秒
2   94.5dB  0.336秒
3   93.5dB  0.336秒
4   95dB  0.337秒
平均   94.5dB  0.337秒
带有消音器的气动阀的性能
实例  声压级  汽缸恢复时间
1  76dB  0.363秒
2  75dB  0.360秒
3  75dB  0.360秒
4  76dB  0.359秒
平均  75.5dB  0.360秒
尽管已参照较佳实施例描述了本发明，本技术领域训练有素的人员应认识到，不脱离本发明的精神与范围还可做出形状与细节的变化。例如，此处的消音器是以结合一截头圆锥体的外壳来描述的，也可以使用其它的结构。例如，外壳可以为圆筒形的。或者，外壳可以具有多次改变的直径。另外，虽然隔音材料描述为与外壳出口邻接，也可使用其它的关系。因此，隔音材料可以伸出出口，或可以终止在出口的上游。同样，隔音材料的前端可定位成与入口邻接，或与其隔开。

Claims (38)

1.一种用于削弱在一气动装置的出口处产生的噪音的消音器，该消音器包括：
一外壳，包括一入口和一出口，入口构造成用于安装至排出孔，其中，外壳的至少一部分是截头圆锥体，使出口的直径比入口的直径大；以及
一隔音材料，它置于外壳内，该隔音材料包括多个微型气囊，并被构造成与外壳的形状一致。
2.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，外壳在装配时形成了至排出孔的一延伸的长度，该延伸长度小于38mm。
3.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，外壳的出口是开放的，消音器还包括：
一罩盖，其构造成用于放出口上，该罩盖形成至少一个开口。
4.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，外壳通过具有多个孔的侧壁形成，这些孔用于允许来自外壳内的气流通过。
5.如权利要求4所述的消音器，其特征在于，多个孔包括多个圆周方向延伸的槽。
6.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，出口形成一宽度，该宽度小于约38mm。
7.如权利要求6所述的消音器，其特征在于，出口的宽度小于约25mm。
8.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料为陶瓷。
9.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料形成多个用于减小气流速度的曲折通道。
10.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，外壳包括多个孔，而隔音材料的若干部分延伸入多个孔内以使隔音材料固定于外壳上。
11.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，隔音材料被构造成形成与入口可流体连通的一核心通道，该核心通道向出口轴向延伸至一闭合端，它在出口处闭合。
12.如权利要求11所述的消音器，其特征在于，外壳包括形成有多个孔的侧壁，闭合端是多个孔的下游。
13.如权利要求11所述的消音器，其特征在于，隔音材料由形成核心通道的上游部分与形成闭合端的下游部分形成，且向出口延伸，下游部分具有的厚度约在2.5-7.6mm的范围中。
14.如权利要求13所述的消音器，其特征在于，下游部分延续通过外壳的一直径。
15.如权利要求13所述的消音器，其特征在于，核心通道被构造成从入口向下游部分引导气流。
16.如权利要求1所述的消音器，其特征在于，消音器被构造成与一开放的排出孔状态相比较可减小进入入口的噪音至少10dB。
17.一种用于削弱在一气动装置的出口处产生的噪音的消音器，该消音器包括：
一外壳，包括一入口与一出口，入口构造成用于安装至排出孔，其中，外壳形成小于约38mm的一最大宽度；以及
一隔音材料，它放置于外壳内，该隔音材料包括多个微型气囊，并被构造成与外壳的形状一致。
18.如权利要求17所述的消音器，其特征在于，外壳的至少一部分是截头圆锥体，这样最大宽度与出口相接近。
19.如权利要求17所述的消音器，其特征在于，外壳的最大宽度小于约25mm。
20.如权利要求17所述的消音器，其特征在于，外壳在装配时形成了至排出孔的一延伸的长度，该延伸长度小于约38mm。
21.如权利要求17所述的消音器，其特征在于，隔音材料包括在它们的接触点处粘合在一起的若干微型气囊。
22.如权利要求17所述的消音器，其特征在于，隔音材料被构造成形成一与入口流体连通的且向出口延伸的核心通道，该核心通道在出口处闭合。
23.如权利要求22所述的消音器，其特征在于，外壳包括一形成有多个孔的侧壁，核心通道延伸越过多个孔。
24.如权利要求23所述的消音器，其特征在于，隔音材料由形成核心通道的上游部分与形成核心通道的闭合端的下游部分形成，且向出口延伸，下游部分具有的厚度约在2.5-7.6mm的范围中。
25.如权利要求23所述的消音器，其特征在于，核心通道被构造成以轴向方式从入口向下游部分引导气流，下游部分形成对轴向气流的一径向障碍。
26.一种生产用于削弱在气动装置的排出孔处产生的噪音的消音器的方法，该方法包括：
设置一包括一入口与一出口的外壳；
设置一隔音材料，该材料在第一种状态下是可流动的，而在第二种状态下是相对刚性的；
将在第一种状态下的隔音材料插入外壳，这样隔音材料与外壳的形状一致；以及
将隔音材料转变成第二种状态。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，外壳包括一形成多个孔的侧壁，插入隔音材料包括把隔音材料的一部分用力推入多个孔的至少一个之中，从而使隔音材料固定至外壳。
28.如权利要求26所述的方法，还包括：
在隔音材料中形成一核心通道，该核心通道与入口相流体连通且以轴向的方式延伸通过隔音材料的一部分。
29.一种气动阀装置，包括：
形成一排出孔的一气动阀；以及
与排出孔可流体相连接的如权利要求1所述的一消音器。
30.如权利要求29所述的气动阀装置，其特征在于，外壳在装配之后形成至一排出孔的一延伸长度，该延伸长度小于38mm。
31.如权利要求29所述的气动阀装置，其特征在于，外壳由具有多个孔的侧壁形成，这些孔允许来自外壳内部的气流通过。
32.如权利要求29所述的气动阀装置，其特征在于，出口形成小于约38mm的宽度。
33.如权利要求29所述的气动阀装置，其特征在于，外壳包括多个孔，隔音材料的若干部分延伸进入多个孔，从而使声间障碍材料与外壳固定。
34.如权利要求29所述的气动阀装置，其特征在于，隔音材料被构造成形成与入口可流体连通的一核心通道，该核心通道向出口轴向延伸至一闭合端，它在出口处闭合。
35.一气动阀装置包括：
形成一排出孔的一气动阀；以及
与排出孔流体连接的如权利要求17所述的一消音器。
36.如权利要求35所述的气动阀装置，其特征在于，外壳的至少一部分是截头圆锥体，这样最大宽度与出口相接近。
37.如权利要求35所述的气动阀装置，其特征在于，外壳在装配后形成至排出孔的一延伸的长度，该延伸长度小于约38mm。
38.如权利要求35所述的气动阀装置，其特征在于，隔音材料被构造成形成与入口可流体连通的且向出口延伸的一核心通道，该核心通道在出口处闭合。
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