CN202673403U - 一种起重机及其排气系统的消声器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种排气系统的消声器，具有消声和脉动缓冲的双重作用。本实用新型还提供一种包括上述消声器的起重机。本实用新型包括相互连接的第一隔室和第二隔室，所述第一隔室和第二隔室分别与进气管和出气管相连通，所述第一隔室和所述第二隔室的隔板设有第一通孔，所述第二隔室设有第一阻隔件，所述第一阻隔件能够将所述第一通孔封堵，并在预定压力下打开。废气在预定压力的作用下推动第一阻隔件做功，通过降低机械能起到缓冲排气脉动压力和削弱涡流噪声的作用，然后通过原本封堵的第一通孔进入第二隔室，在第二隔室内利用反射式原理进行消声处理，上述消声器具有消声和脉动缓冲的双重作用，尤其适用于排气量较大的工程机械的排气系统。

Description

一种起重机及其排气系统的消声器

技术领域

本实用新型涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种用于排气系统的消声器。此外，本实用新型还涉及一种包括上述消声器的起重机。

背景技术

一般而言，工程机械的尾气排放系统与传统汽车上的排气系统存在一定的差异，需要采用专门设置的排气系统进行尾气排放。

所谓排气系统是指收集并且排放废气的系统，一般包括排气支管、排气管、催化转换器、排气温度传感器、消声器和排气尾管等。排气系统主要是排放发动机等动力装置产生的废气，在排放废气的同时还要尽可能的减小因废气排放产生的噪音污染，上述消声器的设置就是用于实现噪音污染的减小的。

现有的排气消声器主要采用吸收式和反射式两种消声方式。吸收式消声器含有玻璃纤维、钢纤维或者石棉等吸音材料，吸收式消声器主要通过废气在吸音材料上的摩擦而减小噪音的；反射式消声器具有多个串联的谐调腔和长度不同的多孔反射管，多个谐调腔和多孔反射管相互连接在一起，废气在谐调腔和多孔反射管内经过多次的反射、碰撞、膨胀和冷却，最终实现降低压力、减轻振动和降低能量的目的。

现阶段，工程起重机等机械较多的采用反射式消声器。

请参考图1，图1为现有技术中反射式消声器一种设置方式的结构示意图。

消声器包括隔室、吸音材料、进气管和出气管，该反射式消声器包括多个不同截面的隔室，即第一隔室01、第二隔室02和第三隔室03，多个隔室之间通过隔板05隔离形成腔体，隔板05的外表面采用长纤维的矿物质棉或者玻璃纤维等吸音材料进行填充。

发动机产生的废气通过进气管07进入第一隔室01，然后依次流经第二隔室02和第三隔室03，最后通过出气管04向外排出。第一隔室01和第二隔室02之间、第二隔室02和第三隔室03之间均轴向贯穿有消声芯，消声芯的外圈布满了消声孔06，废气通过各个隔室之后，利用隔室截面积的突变、排气位置的变换、吸音材料的吸收以及各个管路之间的谐振作用进行排气消声。

上述现有的消声器结构简单，一般应用于汽车尾气的排放。但考虑到起重机等工程机械的发动机的功率与输出扭矩比较大、排气流量比较大，现有的消声器应用在工程机械上所起的消声效果并不明显。

因此，按照现有的主流思路，工程机械的排气噪音很难有较大程度的降低；要想提高排气系统的消声效果必须另辟蹊径。如何有效提供工程机械排气系统的消声效果，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种排气系统的消声器，可以对排气过程中产生的压力脉冲进行有效控制。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述消声器的起重机。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种排气系统的消声器，包括相互连接的第一隔室和第二隔室，所述第一隔室和第二隔室分别与进气管和出气管相连通，所述第一隔室和所述第二隔室的隔板设有第一通孔，所述第二隔室设有第一阻隔件，所述第一阻隔件能够将所述第一通孔封堵，并在预定压力下打开。

优选地，所述第二隔室还依次设有第三隔室和第四隔室，所述第三隔室和所述第四隔室的隔板设有第二通孔，所述第四隔室设有第二阻隔件，所述第二阻隔件能够将所述第二通孔封堵，并在预定压力下打开。

优选地，所述第一阻隔件和/或第二阻隔件包括挡板和将所述挡板压向所述第一通孔或者所述第二通孔的弹簧。

优选地，所述第四隔室内填充有吸音部件。

优选地，还包括贯穿所述第二隔室和所述第三隔室的隔板的消声芯管。

优选地，所述消声芯管包括第一消声芯管和渐缩地伸入所述第一消声芯管的第二消声芯管，所述第一消声芯管呈直筒状，所述第二消声芯管的未伸入的部分呈直筒状设置。

优选地，所述第一隔室或第二隔室的侧面连接有谐振侧管，所述谐振侧管内置于纵向延伸设置的密闭空腔中。

优选地，所述进气管横向贯穿地设置在所述第一隔室的端部。

优选地，所述出气管的尾部套装有具有过滤网的套筒。

优选地，所述出气管的尾部还设有用于吸收气体剩余能量的缓冲层。

本实用新型还提供一种起重机，包括动力装置和与其相连的排气系统，所述排气系统包括至少两个上述任一项所述的消声器。

随着发动机的功率或尾气排气量增大，越来越多的废气通过进气管进入第一隔室，气流在第一隔室内的压力不断增大，当第一隔室内的压强达到一定程度时，一部分气流在压力的推动下将第一阻隔件推开，废气进入第二隔室，废气在第一隔室和第二隔室内利用反射原理进行消声处理；更为重要的是，废气推开第一阻隔件的过程会对外做功，废气所含有的能量就相应的减小了，废气的脉动就能得到有效缓冲，从而提高了废气的稳定性，还可以对涡流噪声起到很好的削弱作用。

在一种优选的实施方式中，本实用新型的消声器还设有第三隔室和第四隔室，第四隔室间隔设置在第三隔室的一侧，第四隔室内设有第二阻隔件，由于气流不断的从第二隔室进入第三隔室，第三隔室内的气流压力会不断升高，当第三隔室内的气流压力增大到一定程度，废气就会推开第二阻隔件进入第四隔室，在这个过程中，废气第二次对外做功，排气的脉动得到进一步缓冲，涡流噪声再次得到削弱，进入第四隔室的废气还可以利用反射原理进行消声处理。这种两次压力缓冲的设置使得本实用新型的消声器可以很好的应用于排气量比较大的工程机械的排气系统。

在另一种优选的实施方式中，所述第一隔室或第二隔室的侧面连接有谐振侧管，谐振侧管内置于纵向延伸设置的密闭空腔内，谐振侧管和密闭空腔形成一个谐振室，该谐振室利用谐振的原理对主要频率的噪声进行干扰。密闭空腔的气体相当于弹簧，谐振侧管内进入的废气的重量相当于给弹簧施加的一个力，这样就形成一个弹簧质量系统，在所述谐振室内形成一个较大的窄频带的声音阻尼，谐振室就能够产生干扰频率对废气的噪声进行干扰。谐振频率取决于密闭空腔的容积、谐振侧管的长度和截面积，在主要噪声源的频率一定的情况下，只要合理搭配上述三者的值就可以在谐振室内形成一个与噪声的主要频率相匹配的声音频带，所述声音频带可以形成与主要噪声的幅值大小基本相同但相位相反或相位差在1/2~1以内的音频，该音频与主要噪声相互干扰，能够抵消一部分噪声，降噪的效果比较明显。

附图说明

图1为现有技术中反射式消声器一种设置方式的结构示意图；

图2为本实用新型所提供消声器在一种具体实施方式中的结构示意图；

图3为本实用新型所提供排气压力控制阀一种设置方式的结构示意图；

图4为本实用新型所提供起重机排气系统的消声器在一种具体实施方式中的组合方式示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种排气系统的消声器，可以对排气过程中产生的压力脉冲进行有效控制。本实用新型的另一目的是提供一种包括上述消声器的起重机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本实用新型所提供消声器在一种具体实施方式中的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的消声器包括第一隔室2和第二隔室3，第一隔室2和第二隔室3的容积一般是不等的，第一隔室2与进气管1相连通，第二隔室3与出气管5相连通，第二隔室3内设有第一阻隔件15，第一隔室2和第二隔室3之间的隔板设有第一通孔16，第一阻隔件15能够将第一通孔16封堵，但在预定的压力作用下，第一阻隔件15也能够打开，从而使得第一通孔16处于开启状态，第一隔室2内的气流就可以通过第一通孔16进入第二隔室3内。整个隔室的外部可以设置消声器罩17，消声器罩17大都具有隔热层。

需要说明的是，只有当第一隔室2内的气压得到一定的程度（也就是上述的预定压力），才足以将第一阻隔件15打开，如果压力不够大或者压力减小到预定压力以下，第一阻隔件15就重新将第一通孔16封堵住。上述的预定压力通常与第二隔室的容积呈正比例关系。

从发动机排出的废气通过进气管1流入第一隔室2，随着排气气流压力不断增大，第一隔室2内的压力不断上升，当气体的压力得到预定压力时，部分气流在压力的作用下涌向第一通孔16，废气要通过第一通孔16就要将第一阻隔件15推开，在这个过程中废气对外做功，也就可以抵消一部分废气的脉冲压力，废气所含的能量就相应的减小了，排气脉动得到缓冲，气体的稳定性提高，尤其适用于排气量比较大的工程机械；与此同时，废气进入第二隔室3内，进行反射式消声处理，最后通过出气管5向外排出。

可以对上文所述排气系统的消声器进行进一步的改进。

第二隔室3还可以连接设置有第三隔室4和第四隔室6，第一隔室2、第二隔室3、第三隔室4和第四隔室6之间依次连接，各个隔室之间可以设置隔板（图中未标示），隔板将各个隔室相互隔离开，每个隔室相当于一个独立的腔体，废气进入隔室进行消声后通过出气管5向外排出。

在另一种具体实施方式中，可以在第四隔室6内设置第二阻隔件9，第三隔室4和第四隔室6之间的隔板设有第二通孔12，第二阻隔件9能够将第二通孔12封堵住，当有一定的压力作用时，第二阻隔件9又能够打开，第二通孔12开启，第二通孔12就成为气体从第三隔室4向第四隔室6流通的气流通道，当压力达不到预定压力时，第二阻隔件9重新回到原来的状态，将第二通孔12封堵，如此反复进行。

需要说明的是，第一阻隔件15和第二阻隔件9可以采用相同的结构设置，但第一阻隔件15打开的预定压力和第二阻隔件9打开的预定压力可以是不同的。两者打开的预定压力一般情况下与第二隔室3的容积或第四隔室6的容积大小呈正比例关系，可以根据排气量的不同设置不同的预定压力，从而有针对性的对排气压力进行缓冲。

如果第一阻隔件15不足以抵制废气的压力，废气会进一步向前运动，经过第二隔室3和第三隔室4的消声和缓冲处理后，废气会在第三隔室4内不断堆积，当第三隔室4内的压力增大到一定程度，废气就会通过第二通孔12作用于第二阻隔件9，由于第二阻隔件9将第二通孔12封堵，废气要进入第四隔室6就要推开第二阻隔件9对外做功，废气所含的能量再次得到降低，排气压力经过两次缓冲后会降低到相对较低的水平，也就是排气系统要求的合理范围内。

上述第一阻隔件15和第二阻隔件9可以是弹簧挡板装置。所述弹簧挡板装置包括挡板和将所述挡板推向第一通孔16或第二通孔12的弹簧。该弹簧挡板装置可以在传统挡板的一个侧面连接弹簧，将弹簧的一端固定在隔室的另一端（即与上述通孔相对的一端），该弹簧在通常情况下处于压缩状态（但没有压缩到极限位置），挡板就在弹簧的作用下封堵在第一通孔16或第二通孔12处。

当废气运动到通孔处时，废气推动挡板后退，而挡板在弹簧的弹力和隔室内部的气体压力作用下会有向前运动的趋势，挡板受到的向前的推力就会作用于废气并阻止废气的运动，受到阻碍的废气要想推动挡板就必须对外做功；废气做功的过程会将一部分废气的动能转变为挡板的热能和机械能，当废气最终将挡板推开后，废气本身所含的能量也就减小了，废气的脉动压力得到降低，弹簧挡板装置也就起到了缓冲废气脉冲压力的作用；废气在隔室内积累的过程中，废气的稳定性得到提高，再加上废气要经过做功才能逐步进入下一个隔室，噪声的涡流被分散，对涡流噪声起到一定程度的削弱作用。

采用弹簧挡板装置作为压力缓冲装置，缓冲力的大小与第二隔室3和第四隔室6的体积呈正比，可以根据需要设置不同的隔室大小，从而配合废气的消声和压力的减小，而且该结构设置简单，加工比较方便，还具有耐高温、耐气流冲击等优点。

值得注意的是，本实用新型虽然设置第一阻隔件15和第二阻隔件9对废气进行脉动缓冲，但并不能单纯的理解为本实用新型的保护范围仅局限在具有两次缓冲的消声器，在排气压力比较大的情况下，我们还可以在本实用新型的教导下设置三次缓冲或者更多次的脉动缓冲。

在第三种具体实施方式中，可以在第四隔室6内填充吸音部件，所述吸音部件可以由长纤维的矿物质棉或者玻璃纤维等吸音材料制成。第一隔室2、第二隔室3和第三隔室4充分利用反射的原理进行消声处理，第四隔室6中的部分气体可以利用上述吸音材料进行吸收式消声，部分气体利用反射原理进行消声。将吸收式消声设置在消声器的隔室的后部，反射式消声用于隔室的前部和中部，这两种消声方式配合隔室截面积的突变，可以明显提高降噪的效果，尤其适用于排气量大、发动机功率高的工程机械的排气系统。

在第四种具体实施方式中，第二隔室3和第三隔室4可以设置消声芯管，该消声芯管可以贯穿设置在第二隔室3和第三隔室4的隔板上。消声芯管的表面分布有消声孔，可以加强隔室的消声作用。

当然，上述消声芯管可以包括第一消声芯管14和第二消声芯管13，第一消声芯管14和第二消声芯管13可以分别设置在第二隔室3和第三隔室4内。第二消声芯管13的一端渐缩地伸入第一消声芯管14，第二消声芯管13未伸入第一消声芯管14的部分为直筒状，第一消声芯管14也呈直筒状设置。

第二消声芯管13的一端渐缩地伸入第一消声芯管14内部，这样就在两个消声芯管的交接处形成一个截流端面20。废气要从第一消声芯管14流向第二消声芯管13，首先要通过截流端面20，当气体从第一消声芯管14向第二消声芯管13流动时，首先经过的是截流端面20的较窄的部位，气流的流通会受到阻碍，当气流逐渐运动到截流端面20的宽部时，气流就会相对比较顺畅。截流端面20的这种渐缩式设置可以使得气流逐渐进入第二消声芯管13，进而起到缓冲气流压力和流量的作用。

在第五种具体实施方式中，进气管1横向贯穿设置在第一隔室2的端部，进气管1采用横向布置使得进气更加顺畅，避免气体在进气过程中产生附加的脉冲压力。进气管1的表面分布有消声孔，通过进气管1的消声孔进入第一隔室2的部分气体可以进行初步的消声处理。

需要指出的是，一般情况下，本实用新型的消声器是在图2所示的状态下旋转90度之后安装在动力装置上的，也就是说，图2中垂直于隔板的方向为纵向，图2中的横向是使用状态下的纵向，图2中的纵向就是使用意义上是横向。本实用新型中凡涉及方向的描述（如横向和纵向）均指的是使用状态下的方向，并非图2中所示的状态。因此，上述进气管1就是在使用状态下横向贯穿设置在第一隔室2内部的。

在第六种具体实施方式中，出气管5可以采用回旋型设置，出气管5的头端呈C字型设置，出气管5首先以C字型的一个端口从第三隔室4伸出，然后经过C字型的弯部回转，最后沿C字型的另外一个端口延伸设置。如图2所示，出气管5的开口端可以设置在C字型的底部，气体经过整个C字型的弯部回转后排出，出气管5从C字型的上部沿纵向延伸设置。出气管5的回旋设置有利于进一步对废气进行消声处理和脉冲压力的缓冲。

出气管5的头端可以置于第四隔室6内部，出气管5头端的表面分布有消声孔8，气体通过出气管5进入第四隔室6，并通过消声孔8进行消声处理。

采用上述结构设置，消声器内气流的方向会发生多次改变，首先是通过进气管1横向进气，然后经过第一消声芯管14和第二消声芯管13的纵向流通，最后经过出气管回旋排出，气流要经过至少三次的方向改变，在经过多次方向改变后，气流的噪音和脉冲压力都会有较大程度的减小。

在第七种具体实施方式中，第一隔室的侧面设置有谐振室，谐振室包括谐振侧管11和密闭空腔10，谐振侧管11可以连接设置在第一隔室2或第二隔室3的端部，谐振侧管11沿纵向（即隔室的长度方向，也就是从第一隔室2到第四隔室6的方向）延伸设置，密闭空腔10呈狭长的纵向空腔状设置，谐振侧管11置于密闭空腔10内。在主要噪声的频率一定的情况下，谐振侧管11的长度和横截面积是一定的，密闭空腔10的容积也是特定的，谐振侧管11和密闭空腔10可以根据本实用新型的消声器的应用场合（动力装置的排气噪声的频率大小）进行设置。

密闭空腔10内的空气相当于一个弹簧，当废气进入谐振侧管11时，谐振侧管11内废气的质量就相当于施加在弹簧上的力，谐振侧管11的废气和密闭空腔10共同构成一个弹簧质量系统，在谐振室内形成一个大而窄频带的声音阻尼，从而产生干扰频率对排气的噪声进行干扰。

具体地，上述声音阻尼相当于另一个噪声源，该声音阻尼的谐振频率f取决于密闭空腔10的容积V的大小、谐振侧管11的长度X以及谐振侧管11的截面积A，即

$f=C\sqrt{A(X\×V)}/2\mathrm{\π}$

其中，C为声波传播速度。

如果主要频率噪声的峰值为A1dB(A),通过上述公式计算一个幅值接近A1的噪声频带，对主频噪声进行干扰以削弱主要噪声源。通过谐振得到的噪声通常是幅值上与主频噪声接近但是“相位”与其相反或者相位差在一定范围内的音频。理论上讲，如果幅值相等，相位相反的噪声，两两进行干扰，则干扰后噪声为零，上述声音阻尼就是利用上述谐振原理对噪声进行干扰的。

在第八种具体实施方式中，出气管5的尾部具有缓冲层18，缓冲层18用于吸收废气的剩余能量，减小排气系统尾部可能引起的车身的共振和噪声源的辐射。

出气管5的尾部还可以设置套筒19，套筒19内设有过滤网，可以将废气带出的未充分燃烧的颗粒物过滤出来，有效减小有害物质和固态颗粒物的排放，更加节能环保。

请参考图3，图3为本实用新型所提供排气压力控制阀一种设置方式的结构示意图。

在出气管5的尾部还可以设置排气压力控制阀51，排气压力控制阀51与动力装置的电控单元00相连。排气压力控制阀51可以将检测到的出气管5尾部的压力比较直观的反应给电控单元00，电控单元00就可以通过控制排气压力控制阀51有效控制排气的噪音。

排气压力控制阀51可以包括负压传感器511、排气电控单元512、排气阀门513和固定装置514，负压传感器511用于检测出气管5尾部的气压，排气控制单元512可以实现与动力装置的电控单元00之间的信号传递，排气控制单元512接到电控单元00的指令后控制排气阀门513实现排气的控制。排气压力控制阀51通过固定装置514安装在出气管5上。

当发动机处于低速时，负压传感器511检测到负压信号，然后通过排气控制单元512传送给电控单元00，电控单元00控制排气控制单元512减小直接排出的气体的量。

本实用新型还提供一种起重机，该起重机的动力装置设置有排气系统，该排气系统可以采用两个或多个消声器。

请参考图4，图4为本实用新型所提供起重机排气系统的消声器在一种具体实施方式中的组合方式示意图。

本实用新型的起重机的排气系统，可以采用双消声器的设置方式，排气系统设有消声器11和消声器12，消声器11和消声器12上均单独设有排气压力控制阀51。双消声器使得排气更加顺畅，能有效降低排气的脉冲压力和噪声，有利于减小发动机汽缸中残余的废气量，从而使得燃油能够比较充分的燃烧。再加上双排气压力控制阀的设置，使得对排气系统的压力和流量控制更加便捷，有效减小排气噪音。

以上对本实用新型所提供的起重机及其排气系统的消声器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种排气系统的消声器，其特征在于，包括相互连接的第一隔室和第二隔室，所述第一隔室和第二隔室分别与进气管和出气管相连通，所述第一隔室和所述第二隔室的隔板设有第一通孔，所述第二隔室设有第一阻隔件，所述第一阻隔件能够将所述第一通孔封堵，并在预定压力下打开。

2.如权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第二隔室还依次设有第三隔室和第四隔室，所述第三隔室和所述第四隔室的隔板设有第二通孔，所述第四隔室设有第二阻隔件，所述第二阻隔件能够将所述第二通孔封堵，并在预定压力下打开。

3.如权利要求2所述的消声器，其特征在于，所述第一阻隔件和/或第二阻隔件包括挡板和将所述挡板压向所述第一通孔或者所述第二通孔的弹簧。

4.如权利要求2所述的消声器，其特征在于，所述第四隔室内填充有吸音部件。

5.如权利要求2所述的消声器，其特征在于，还包括贯穿所述第二隔室和所述第三隔室的隔板的消声芯管。

6.如权利要求5所述的消声器，其特征在于，所述消声芯管包括第一消声芯管和渐缩地伸入所述第一消声芯管的第二消声芯管，所述第一消声芯管呈直筒状，所述第二消声芯管的未伸入的部分呈直筒状设置。

7.如权利要求1至6任一项所述的消声器，其特征在于，所述第一隔室或第二隔室的侧面连接有谐振侧管，所述谐振侧管内置于纵向延伸设置的密闭空腔中。

8.如权利要求1至6任一项所述的消声器，其特征在于，所述进气管横向贯穿地设置在所述第一隔室的端部。

9.如权利要求1至6任一项所述的消声器，其特征在于，所述出气管的尾部套装有具有过滤网的套筒。

10.如权利要求1至6任一项所述的消声器，其特征在于，所述出气管的尾部还设有用于吸收气体剩余能量的缓冲层。

11.一种起重机，包括动力装置和与其相连的排气系统，其特征在于，所述排气系统包括至少两个如权利要求1至10任一项所述的消声器。

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