CN220828342U - 一种多功能一体化消声器 - Google Patents

Abstract

一种多功能一体化消声器，包括筒体、穿孔管、内插管和消声劈尖；筒体具有内腔，内腔中设有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板将内腔从上至下依次分隔成第一腔室、第二腔室和第三腔室；第一隔板和第二隔板均开设有沿隔板高度方向贯通的通孔；穿孔管依次穿过筒体的顶端和第一隔板，伸入第二腔室内，穿孔管位于第一腔室内的那一部分的侧面开设有多个通孔，内插管穿过第二隔板，伸入第三腔室内；消声劈尖设置在第三腔室内，并位于内插管的下方。本实用新型能同时兼顾降噪和降低气流脉动的效果。

Description

一种多功能一体化消声器

技术领域

本实用新型涉及消音器。

背景技术

按照产生机理，螺杆压缩机工作过程中的噪声源可划分为机械性噪声和流体动力噪声，随着机械加工精度的提高和装配工艺的改善，机械噪声得到有效控制。但是，螺杆压缩机吸排气腔与工作腔的周期性连通造成了工作介质的不稳定流动，引起排气过程中的气流脉动，由此诱发的噪声和振动问题日益突出，是导致压缩机运行性能和可靠性下降的重要原因之一。螺杆压缩机出口一般采用扩张式抗性消声器进行降噪，但此类消声器即使串联多个腔体仍然存在通过频率，当压缩机采用变频电机或汽轮机等变转速设备驱动时，消声器更是无法有效消除压缩机吸排气基频及倍频下的噪声。目前，国内尚无较好地降低螺杆压缩机出口脉动的措施，国外文献一般建议采用单级孔板或文丘里管降低气流脉动，但压降和脉动降低效果难以达到平衡，开孔率太小则压降过大，开孔率太大则脉动降低效果不明显。因此亟需一种能够同时有效降低螺杆压缩机出口噪声和气流脉动的设备。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种螺杆压缩机出口用多功能一体化消声器，能同时兼顾降噪和降低气流脉动的效果。

本实用新型实施例提供了一种多功能一体化消声器，包括筒体、穿孔管、内插管和消声劈尖；筒体具有内腔，内腔中设有第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板将内腔从上至下依次分隔成第一腔室、第二腔室和第三腔室；第一隔板和第二隔板均开设有沿隔板高度方向贯通的通孔；穿孔管依次穿过筒体的顶端和第一隔板，伸入第二腔室内，穿孔管位于第一腔室内的那一部分的侧面开设有多个通孔，内插管穿过第二隔板，伸入第三腔室内；消声劈尖设置在第三腔室内，并位于内插管的下方。

进一步地，所述的一种多功能一体化消声器包括第一环形吸声体、第二环形吸声体和第三环形吸声体，所述第一环形吸声体、所述第二环形吸声体和所述第三环形吸声体一一对应地分别设置于所述第一腔室、所述第二腔室和所述第三腔室，第一环形吸声体的外周面紧贴第一腔室的内周面，第二环形吸声体的外周面紧贴第二腔室的内周面，第三环形吸声体的外周面紧贴第三腔室的内周面。

本实用新型实施例根据螺杆压缩机出口噪声及气流脉动的特点，在同一设备中较好地耦合了消减噪声与降低气流脉动两个过程：

1、本实施例通过在筒体内串联设置第一、第二、第三腔室，以及设置穿过筒体的顶端和第一隔板伸入第二腔室内的穿孔管、穿过第二隔板伸入第三腔室内的内插管，有效消除了螺杆压缩机基频与对应倍频处的噪声，第二、第三腔室内管径的扩大降低了气体流速，内插管与筒体组成二级孔板系统，有效减小了气流脉动；

2、第一腔室中穿孔管与腔室形成多孔共振系统，有效消除了压缩机基频的噪声，小孔群稳定了流场，有效减小了气流脉动；

3、在扩张室中设置内插管，有效消除特定通过频率，让消声器的频率响应特性曲线平直；

4、通过在筒体内壁设置环形吸声体和在第三腔室设置消声劈尖，有效消除了中、高频的噪声，减小了气流脉动。

附图说明

图1示出了根据本实用新型实施例的多功能一体化消声器的外观示意图。

图2示出了根据本实用新型实施例的多功能一体化消声器的剖面示意图。

图3为图1的俯视示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的结构设计更加清楚明白，以下结合图1、图2、图3及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1至图3。根据本实用新型实施例的一种多功能一体化消声器，包括筒体1、穿孔管2、内插管3和消声劈尖4。

筒体1包括筒体本体1a、第一封头1b和第二封头1c，筒体本体1a为圆柱形，筒体本体1a的侧面设有吊耳17。筒体本体1a的顶端和底端分别与第一封头1b和第二封头1c连接，并共同限定内腔10。内腔10中设有第一隔板11和第二隔板12，第一隔板11和第二隔板12将内腔10从上至下依次分隔成第一腔室101、第二腔室102和第三腔室103。第一隔板11和第二隔板12均开设有多个沿隔板高度方向贯通的通孔13。较佳地，这些通孔13均匀地分布在隔板上，防止液体在上部腔室积聚。

穿孔管2依次穿过第一封头1b和第一隔板11，伸入第二腔室102内。穿孔管2的顶部设有进口连接法兰2a，进口连接法兰2a用于与螺杆压缩机的出口法兰相连接，穿孔管2位于第一腔室101内的那一部分的侧面开设有多个通孔20。内插管3穿过第二隔板12，伸入第三腔室103内；消声劈尖4设置在第三腔室103内，并位于内插管3的下方。

可选地，穿孔管2与第一封头1b焊接连接，内插管3与第二隔板12焊接连接。并且，穿孔管2位于筒体1之外的那一部分的侧面设有多条沿周向均匀分布的加强筋21，多条加强筋21的底部与第一封头1b的顶壁焊接相连。

筒体1的下端设有与第三腔室103连通的出口14和排污口15。出口14设有出口连接法兰16，出口连接法兰16用于与后端管道连接。

进一步地，筒体1的中部还设有筒体中间段连接法兰18。

进一步地，根据本实用新型一实施例的一种多功能一体化消声器包括第一环形吸声体51、第二环形吸声体52和第三环形吸声体53，第一环形吸声体51、第二环形吸声体52和第三环形吸声体53一一对应地分别设置于第一腔室101、第二腔室102和第三腔室103，第一环形吸声体51的外周面紧贴第一腔室101的内周面，第二环形吸声体52的外周面紧贴第二腔室102的内周面，第三环形吸声体53的外周面紧贴第三腔室103的内周面。

各环形吸声体均包括外壳54和吸声材料55。外壳54具有环形夹层540，吸声材料55填充在环形夹层中540。可选地，吸声材料为多孔吸声材料。

各环形吸声体54的外壳与筒体的内壁相连。其中，第一环形吸声体51的外壳与第一封头1b的内壁焊接相连，第二环形吸声体52的外壳和第三环形吸声体53的外壳分别与筒体本体1a的内周面焊接相连。

进一步地，第一环形吸声体51和第二环形吸声体52分别包括第一固定衬环561和第二固定衬环562。第一固定衬环561的外周面与第一环形吸声体51的外壳底部的内周面焊接连接；第二固定衬环562的外周面与第二环形吸声体52的外壳底部的内周面焊接连接。

进一步地，第三环形吸声体53包括第三固定衬环563和第四固定衬环564，第三固定衬环563的外周面设有沿周向延伸的一圈凸环565，凸环565穿过第三环形吸声体53的外壳，凸环565的外周面与筒体1的内壁焊接连接。第四固定衬环564的外周面与第三环形吸声体53的外壳底部的内周面焊接连接。

消声劈尖4的顶部和底部分别与第三固定衬环563的内周面和第四固定衬环564的内周面连接。

实际应用时，本实施例的消声器安装于螺杆压缩机出口，进口连接法兰2a与压缩机出口连接，出口连接法兰16连接后端管线。介质通过穿孔管2进入消声器第一腔室101后，部分介质沿穿孔管2流向第二腔室102，部分介质通过穿孔管2的通孔20流向第一腔室101中位于穿孔管2与筒体1内壁之间的空腔，该空腔形成一个共振腔。在共振频率附近，管道连通处的声阻抗很低，声波沿管道传播到此时，因为阻抗不匹配，使大部分声能向声源方向反射回去，还有部分声能由于共振系统的摩擦阻尼作用转化为热能被吸收，达到共振消声作用。穿孔管2还能稳流，降低气流脉动。第一腔室101出来的介质流向第二腔室102，管道中的声波在第二个腔室截面突变处发生反射与折射而与入射声源部分抵消，达到降噪的目的。此外，第二隔板12由于设有内插管，可看作一块孔板，通过合理设计开孔率和压降，能有效降低气流脉动。第三腔室的内插管效果同第二腔室。第三腔室103的下部安装有消声劈尖4，可根据声波波长计算出劈尖尺寸，强化降噪效果。第三腔室底部的排污口15能防止消声器底部积液。设置在各腔室内壁的多孔吸声材料以及消声劈尖能有效消除高频噪音，稳定流场，降低气流脉动。

以下结合一具体的应用实例对本申请实施例的螺杆压缩机用多功能一体化消声器的消音原理以及工作过程进行更详细的说明。

本实施例的筒体1设有三节扩张室(即第一腔室101、第二腔室102和第三腔室103)，声波在管道截面的突然扩张(或收缩)，造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。

声波沿管道传播到第一腔室内多孔共振腔时，因为阻抗不匹配，使大部分声能向声源方向反射回去，还有部分声能由于共振系统的摩擦阻尼作用转化为热能被吸收，达到共振消声作用，小孔群稳定了流场，有效减小了气流脉动。第二、第三腔室筒体管径的扩大降低了气体流速，内插管与筒体组成二级孔板系统，有效减小了气流脉动，筒体内壁的多孔吸声材料以及第三腔室消声劈尖的设置，有效消除了中、高频的噪声，减小了气流脉动。

扩张式消声器的消声量TL和上限频率f_u的计算公式分别为：

其中为消声器扩张比，S₁为穿孔管2的截面积，S₂为第二腔室102的截面积，S₃为内插管3的截面积，S₄为第三腔室103的截面积，/>f为声音频率，c为声速，l₂为扩张室长度，D为扩张室内径。

单节扩张室的主要缺点是在kl＝nπ处传声损失为零(l为扩张室的长度)，即存在很多通过频率。所以本实用新型采用扩张室串联的方式，每节扩张室长度不同，通过的频率不同，同时增加插入式内接管(即穿孔管2和内插管3)，扩张室中插入长度为扩张室长度的l/2或l/4的管可分别消除n为奇数或偶数的通过频率。

吸声材料的消声量TL和上限频率f_u的计算公式分别为

其中：

其中为与材料吸声系数α₀有关的消声系数，α₀为正入射吸声系数，P为消声器通道截面周长，S为消声器通道截面积，l为消声器的有效长度。c为声速，D为扩张室内径。

共振式消声器的共振频率计算公式为：

其中

其中f₀为共振频率，G为传导率，c为声速，V为共振腔内体积(本应用实例中即穿孔管2与筒体1内壁之间的空腔体积)，n为孔的数量(本应用实例中即通孔20的数量)，S_i为单个孔的面积，t为穿孔板的有效厚度(本应用实例中即穿孔管20的有效壁厚)，t₀为穿孔板的厚度，d为孔的直径。

在本应用实例中，噪声来源的设计基础是：声速c为523m/s，基频为71Hz。要消除的主要噪声和气流脉动频率为284Hz、568Hz。本应用实例的多功能一体化消声器进口连接法兰与出口连接法兰的尺寸为400mm，第一腔室101、第二腔室102和第三腔室103的内径为700mm，各腔室的内壁安装有单边50mm不锈钢多孔吸声材料，根据式(2)和式(5)可知扩张消声部分上限频率为912Hz，阻性吸声部分上限频率为1382Hz，均大于568Hz。第一段共振腔以4倍频作为共振频率，第一腔室101直筒段长460mm，中间设置71mm长穿孔段，孔径10mm，孔间距18mm，根据式(6)、式(7)，第一段腔室可以消除频率为284Hz下的噪声和气流脉动，第二腔室102也是针对4倍频设计，腔室长460mm，内插管长度为腔室的1/2，即230mm。第三腔室103针对8倍频设计，腔室长690mm(不包含出口法兰段)，内插管长度为腔室的1/4，即172.5mm，消声劈尖4针对8倍频设计，为8倍频声波波长的1/2，即461mm。第二、三腔室和内插管组成的二级孔板系统开孔率为57.1％。各腔室内壁的多孔吸声材料对各个频率的噪声均有吸声作用，且频率越高吸声作用越强(超过上限频率后会衰减)。

本实用新型实施例串联多个扩张室消声器，通过增加内插管消除扩张室消声器存在通过频率的缺点，同时内插管和腔室形成多级孔板系统，有效降低了气流脉动，并结合了共振消声和多孔消声材料吸声降脉动，强化了特定频率下的消声、降低气流脉动效果。该实用新型能提高螺杆压缩机(可应用于无油工艺螺杆压缩机)长期稳定运行的周期，有望促进螺杆压缩机在各个领域中的广泛应用。

Claims (10)

1.一种多功能一体化消声器，其特征在于，包括筒体、穿孔管、内插管和消声劈尖；

所述筒体具有内腔，所述内腔中设有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板将所述内腔从上至下依次分隔成第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述第一隔板和所述第二隔板均开设有沿隔板高度方向贯通的通孔；

所述穿孔管依次穿过所述筒体的顶端和所述第一隔板，伸入所述第二腔室内，所述穿孔管位于第一腔室内的那一部分的侧面开设有多个通孔，所述内插管穿过所述第二隔板，伸入所述第三腔室内；

所述消声劈尖设置在第三腔室内，并位于所述内插管的下方。

2.如权利要求1所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述的一种多功能一体化消声器包括第一环形吸声体、第二环形吸声体和第三环形吸声体，所述第一环形吸声体、所述第二环形吸声体和所述第三环形吸声体一一对应地分别设置于所述第一腔室、所述第二腔室和所述第三腔室，第一环形吸声体的外周面紧贴第一腔室的内周面，第二环形吸声体的外周面紧贴第二腔室的内周面，第三环形吸声体的外周面紧贴第三腔室的内周面。

3.如权利要求2所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，各环形吸声体包括外壳和吸声材料；所述外壳具有环形夹层，所述吸声材料填充在所述环形夹层中；

各环形吸声体的外壳与所述筒体的内壁相连。

4.如权利要求3所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述吸声材料为多孔吸声材料。

5.如权利要求3所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述第一环形吸声体和所述第二环形吸声体分别包括第一固定衬环和第二固定衬环；

所述第一固定衬环的外周面与所述第一环形吸声体的外壳底部的内周面连接；所述第二固定衬环的外周面与所述第二环形吸声体的外壳底部的内周面连接。

6.如权利要求3所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述第三环形吸声体包括第三固定衬环，所述第三固定衬环的外周面设有沿周向延伸的一圈凸环，所述凸环穿过所述第三环形吸声体的外壳，凸环的外周面与所述筒体的内壁连接。

7.如权利要求6所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述第三环形吸声体包括第四固定衬环，所述第四固定衬环的外周面与所述第三环形吸声体的外壳底部的内周面连接。

8.如权利要求7所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述消声劈尖的顶部和底部分别与所述第三固定衬环的内周面和所述第四固定衬环的内周面连接。

9.如权利要求1所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述穿孔管的顶部设有进口连接法兰，所述进口连接法兰用于连接螺杆压缩机的出口法兰。

10.如权利要求1所述的一种多功能一体化消声器，其特征在于，所述筒体的下端设有与所述第三腔室连通的出口和排污口。