CN203978561U - 低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，包括进气管、消声器壳体及出气管，在所述消声器壳体的轴心位置设有内筒体，该内筒体包括有从外向里依次设置的内筒穿孔管和吸声材料层，在所述内筒穿孔管的管壁上均布若干穿孔；在所述消声器壳体和内筒体之间还设置有中层套筒体，该中层套筒体的筒壁包括有从外向里依次设置的套筒体外管、吸声材料层和套筒体内孔管，在所述套筒体内孔管的管壁上均布有若干穿孔；在中层套筒体的套筒体外管与消声器壳体的内壁间固定设置有隔板。该排气消声器不仅能实现排气管路的高频消声，而且气体流动阻力低，结构合理可靠，并兼具火星熄灭功能，特别适用于船舶、工程机械及柴油机发电领域中。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机排气火星熄灭消声器，尤其涉及一种用于船舶内燃机排气系统的排气火星熄灭消声器。
背景技术
内燃机是应用最广泛的动力机械，是船舶、车辆及工程机械等的主要动力源，内燃机也是噪声污染的重要来源，其中以排气噪声最为严重。内燃机排气噪声主要有排气基频和谐频噪声、涡流缓湍流噪声、气柱共振噪声等几个方面。因此内燃机噪声存在频率范围相对较宽的特点。
现有的消声器主要的三大类：抗式消声器、阻式消声器和阻抗复合式消声器。抗式消声器主要是通过声波的反射、干涉来减少向下游传播声能，通常具有良好的低频衰减性能。阻性消声器是通过内装的吸声材料吸收声能以减低向下游的传播，阻式消声器能有效地降低中高频噪声，但其低频性能较差。阻抗复合式消声器是上述两种结构的综合，优化设计的阻抗复合式消声器具有低、中、高频的消声效果。船舶用柴油机输出功效率大，排气温度高、流量大、排气噪声频率范围宽。对于大功率船用柴油机，除需要具有良好的宽频带消声性能，还必须保证排气畅通，压力损失小。目前船用内燃机排气消声器主要是用于消除中低频噪声的扩张式消声器，往往存在消声频带窄，难以覆盖声波较高的噪声频带，或者容易在排气管路中形成较大的流动阻力和排气背压，内燃机功率损耗大。此外，由于船用柴油机气缸内燃烧不充分，经常在排气中存在一些火星，这些火星同废气一同由排气口排出。如果排气口附近存在易燃物品，极易发生火灾。为此，需安装火星熄灭装置。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，它不仅能实现排气管路的宽频消声，而且气体流动阻力低。
为了解决上述技术问题，本实用新型的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，包括进气管、消声器壳体及出气管，所述进气管和出气管分别穿过消声器壳体的进气端壳体和出气端壳体而固定连接于消声器壳体上，在所述消声器壳体的轴心位置设有内筒体，在该内筒体的两端分别固定设置有进气端导流锥和出气端导流锥，该内筒体包括有从外向里依次设置的内筒穿孔管和吸声材料层，在所述内筒穿孔管的管壁上均布若干穿孔；在所述消声器壳体和内筒体之间还设置有中层套筒体，该中层套筒体的筒壁包括有从外向里依次设置的套筒体外管、吸声材料层和套筒体内孔管，在所述套筒体内孔管的管壁上均布有若干穿孔；在中层套筒体的套筒体外管与消声器壳体的内壁间固定设置有隔板；所述中层套筒体通过中层筒体撑杆固定悬接于消声器壳体，所述内筒体通过内筒体撑杆固定悬接于中层套筒体的筒腔内。
在所述内筒体的内筒穿孔管和吸声材料层之间还设置有玻纤布层；在中层套筒体的吸声材料层和套筒体内孔管之间也设置有玻纤布层。
所述消声器壳体总长L与中层套筒体长度A之比L/A= 2—3。
所述进气端导流锥和/或出气端导流锥的锥角α=60°—90°。
所述吸声材料层为岩棉层。
内筒体具有中空芯腔。
呈筒状结构的中层套筒体的筒壁端部采用圆弧面结构。
所述消声器壳体、中层套筒体、内筒体、进气管和出气管的中心线处于同一直线上。
在所述进气端导流锥和/或出气端导流锥的锥面上固定设置有旋流叶片。
在上述结构中，由于进气管和出气管分别穿过消声器壳体的两端壳体，从而形成突扩膨胀和突然收缩的进气流道和出气流道，声波在膨胀和收缩管道截面突变，造成该通道内声阻抗的突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射和干扰，从而有效地实现中、低频噪声的消声。又由于在中层套筒体中设置有内筒体，相互套置的中层套筒体与内筒体之间形成环状的气体流道，面向该流道的中层套筒体内壁采用带有穿孔的套筒体内孔管和与之相邻的吸声材料层，同样面向该流通的内筒体外壁采用带有穿孔的内筒穿孔管和吸声材料层，流通两侧的穿孔管和吸声材料层构成了阻性消声器，它利用摩擦、粘滞和阻尼作用将声能转化热能而耗散，具有良好的中、高频消声性能；同时在该通道的出口端又形成出气流通的突扩膨胀，而具有反射、干扰的消声作用，形成双级膨胀腔。更由于在中层套筒体的套筒体外管与消声器壳体内壁间固定设置有隔板，消声器壳体内壁、隔板和中层套筒体外管围成环状的侧支共振腔，该结构使部分声能反射回去，部分声能传入共振腔而消耗能量，尤其在优先结构尺寸使共振频率与声波频率接近或相等时，将产生共振，侧支共振腔吸收和消耗大量声能。还由于本实用新型的消声器采用直通式结构，且在内筒体的两端分别固定设置有气体导流锥，具有气体流动顺畅，流动阻力低的优点。在进、出气端导流锥的锥面上设置旋流叶片后，气体形成旋流，使气流中的火星甩向消声器壳体内壁而熄灭，实现了火星的熄灭功能。在本实用新型的结构中，通过消声器结构参数的优化设计，能够实现较高的消声量和较宽的消声频率，而且气流阻力小，结构合理，且便于安装维护。因此，本实用新型采用阻抗复合消声方法，利用膨胀、共振、环道吸声的合理匹配，实现宽频内（31.5-8000Hz）的高效消声；采用锥体导流和直通式气道实现低流阻设计；还可以在进气管内或迎风锥体上布置旋流叶片，可以实现火星熄灭功能，成为火星熄灭消声器。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对实用新型低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器作进一步详细说明。
图1是本实用新型低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器一种实施方式的结构示意图。
图中，1—进气管法兰、2—进气管、3—进气管撑杆、4—消声器壳体、5—旋流叶片、6—进气端导流锥、7—内筒体撑杆、8—中层套筒体、9—隔板、10—内筒体、11—中层筒体撑杆、12—出气端导流锥、13—出气管撑杆、14—出气管、15—出气管法兰。
具体实施方式
在图1所示的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器中，消声器壳体4由圆管段和椭圆冠封头段组成，位于圆管段两端的椭圆冠封头通过焊接固定连接于圆管段上，从而形成密闭的消声器壳腔。圆管结构的进气管2穿过消声器壳体4一端的椭圆封头伸入消声器壳腔内并固定连接于消声器壳体4上，以形成伸入式扩张结构。同样为圆管结构的出气管14穿过消声器壳体4另一端的椭圆封头也伸入至消声器壳腔内并固定连接于消声器壳体4上。在进气管2和出气管14的外端分别固定连接有进气管法兰1和出气管法兰15，以便与排气管路系统连接。为了增强进出气管与消声器壳体的连接刚度，进气管2的伸入端与消声器壳体4内壁之间连接有四根沿周向均布的进气管撑杆3，出气管14的伸入端与消声器壳体4内壁之间也连接有四根沿周向均布的出气管撑杆13。
在消声器壳体4的轴心位置固定地设置有内筒体10，该内筒体10包括有从外向里依次设置的内筒穿孔管、玻纤布层、吸声材料层和芯部支承管，作为内筒体10外壳的内筒穿孔管采用不锈钢板卷制圆筒管，在该不锈钢圆筒管的管壁上均布有若干穿孔，其孔径优选为直径5mm~10mm，穿孔率优选为25%~35%。吸声材料层为岩棉层，也可以为其他耐火吸声棉毡层，玻纤布层位于内筒穿孔管与吸声材料层之间。在内筒体10的吸声材料芯部设有中空芯腔，该中空芯腔内置有芯部支承管。在内筒体10的不锈钢内筒穿孔管的两端通过焊接固定连接有进气端导流锥6和出气端导流锥12，该进气端导流锥6和出气端导流锥12的锥度α选择在60°—90°，本实施例中的α=70°。在进气端导流锥6的锥面上焊接有6片或12片与锥面母线斜度的旋流叶片5，以便通过气流形成旋流，而将气体中的火星甩出熄灭。
在消声器壳体4和内筒体10之间还设置有中层套筒体8，该中层套筒体8呈筒状结构。中层套筒体8的筒壁从外向里依次设置有套筒体外管、吸声材料层、玻纤布层和套筒体内孔管。套筒体外管为一圆管段，吸声材料层为岩棉层，套筒体内孔管为不锈钢板卷制的圆筒管，在该不锈钢圆筒管的管壁上均布有若干穿孔，其孔径优选为直径5mm~10mm，穿孔率优选为20%~30%。中层套筒体8筒壁的两端采用圆弧面结构，该圆弧面结构为焊接于套筒体外管和套筒体内孔管管端的半圆环，以降低气体流动阻力。
在中层套筒体8的套筒体外管与消声器壳体4内壁之间通过焊接而固定设置有隔板9，该隔板9沿中层套筒体8的径向向外延伸至消声器壳体4的内壁。隔板9的设置将消声器壳腔分隔成两个膨胀腔室，并且消声器壳体4的内壁、隔板9及中层套筒体8的套筒外管围成了侧支共振腔。
为了增强中层套筒体8和内筒体10在消声器壳体4内的悬接稳定性；在中层套筒体8的两端部分与消声器壳体4内壁之间分别固定连接有4根沿径向布置的中层筒体撑杆11。在内筒体10的两端部位与中层套筒体8内壁之间分别固定连接有3根沿径向布置的内筒体撑杆7。在上述结构中，消声器壳体4、中层套筒体8、内筒体10、进气管2和出气管14的管中心线处于同一直线上，即同轴。
考虑到本实用新型排气火星熄灭消声器的应用领域和范围，以及消声器结构参数对消声量等消声性能的重要影响，申请人经过试验分析确定本实用新型消声器壳体4总长L与中层套筒体8长度A之比L/A优选在2—3之间；消声器壳体4内径D与进气管2的管内径d之比D/d也优先选择在2—3之间；消声器壳体4总长L与消声器壳体4内径D则优选为2.5—3.5。
在本实用新型的结构中，双级膨胀腔在1000Hz以下的多数频率实现大于30dB的消声量，但存在通过频率，利用中连管在每个膨胀腔内的插入长度产生侧支共振，合理选取侧支长度使得膨胀腔的通过频率与侧支共振频率相同消除了1000Hz以下的通过频率，并提高通过频率附近的消声量。采用环道吸声结构，可以在1000-8000Hz频率范围内获得30dB以上的消声量。于是实现了宽频内（31.5-8000Hz）的高效消声（30dB以上）。由于采用了锥体导流和直通式气道设计，使得消声器的阻力损失控制在800Pa以内。
Claims (9)
1.一种低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，包括进气管（2）、消声器壳体（4）及出气管（14），所述进气管（2）和出气管（14）分别穿过消声器壳体（4）的进气端壳体和出气端壳体而固定连接于消声器壳体（4）上，其特征在于：在所述消声器壳体（4）的轴心位置设有内筒体（10），在该内筒体（10）的两端分别固定设置有进气端导流锥（6）和出气端导流锥（12），该内筒体（10）包括有从外向里依次设置的内筒穿孔管和吸声材料层，在所述内筒穿孔管的管壁上均布若干穿孔；在所述消声器壳体（4）和内筒体（10）之间还设置有中层套筒体（8），该中层套筒体（8）的筒壁包括有从外向里依次设置的套筒体外管、吸声材料层和套筒体内孔管，在所述套筒体内孔管的管壁上均布有若干穿孔；在中层套筒体（8）的套筒体外管与消声器壳体（4）的内壁间固定设置有隔板（9）；所述中层套筒体（8）通过中层筒体撑杆（11）固定悬接于消声器壳体（4），所述内筒体（10）通过内筒体撑杆（7）固定悬接于中层套筒体（8）的筒腔内。
2.根据权利要求1所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：在所述内筒体（10）的内筒穿孔管和吸声材料层之间还设置有玻纤布层；在中层套筒体（8）的吸声材料层和套筒体内孔管之间也设置有玻纤布层。
3.根据权利要求1所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：所述消声器壳体（4）总长L与中层套筒体（8）长度A之比L/A= 2—3。
4.根据权利要求1所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：所述进气端导流锥（6）和/或出气端导流锥（12）的锥角α=60°—90°。
5.根据权利要求1—4中任一项所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：所述吸声材料层为岩棉层。
6.根据权利要求1—4中任一项所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：内筒体（10）具有中空芯腔。
7.根据权利要求1—4中任一项所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：呈筒状结构的中层套筒体（8）的筒壁端部采用圆弧面结构。
8.根据权利要求1—4中任一项所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：所述消声器壳体（4）、中层套筒体（8）、内筒体（10）、进气管（2）和出气管（14）的中心线处于同一直线上。
9.根据权利要求1—4中任一项所述的低流阻宽频带高效排气火星熄灭消声器，其特征在于：在所述进气端导流锥（6）和/或出气端导流锥（12）的锥面上固定设置有旋流叶片（5）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |