CN223578015U - 一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于小型试验船用柴油发动机部件技术领域，具体涉及一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，包括三个声学黑洞膨胀腔且其大小不同；所述声学黑洞膨胀腔内敷设有阻尼层；所述阻尼层外设有消音装置壳体；微穿孔消音管安装在消音装置的中心轴位置，其一端为入口，另一端为出口，且所述微穿孔消音管上分布有进气口。本申请在减轻消音装置的总质量时，同时提高了消音装置的降噪效果。

Description

一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置

技术领域

本实用新型属于小型试验船用柴油发动机部件技术领域，具体涉及一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置。

背景技术

柴油发动机因可靠性高、动力性能良好、燃油经济性好、技术成熟等诸多优点在小型试验船中得到广泛的应用。然而，小型试验船由于试验测试要求且多有科研人员长期跟船调试测试，柴油发动机产生的噪声严重影响科研人员的调试测试工作和日常生活，尤其是柴油发动机进排气管路引发是噪声十分突出，因此可以通过加装消音设备对排气管路进行降噪处理。

声学黑洞是将天文物理学的黑洞观点引入到声学领域中，其实质是在薄板结构中，如果板的厚度以一定的幂律形式减小，当弹性波在该结构上沿着板厚度变化方向进行传播时，弯曲波速会随着厚度的减小逐渐减小。在理想的情况下板结构的局部厚度可减小为零，此时弯曲波的波速减小为零，在结构的局部区域产生弯曲波的聚集现象。在这种情况下弯曲波既不能继续向前传播也不会发生反射现象，因此在这种理想的锥形结构中，弯曲波的反射系数为零，这种结构中的锥形部分被称为声学黑洞。

Kry1ov等人首次将这种声学黑洞结构应用于一维梁结构中，验证了当梁边缘的厚度与位置关系满足h(x)＝εx^m(m≥2)时，在边缘加上很少的阻尼材料便可有效耗散板状结构中的弯曲波，达到优异的减振降噪效果。这样一来，便可利用结构中的厚度变化来操纵弯曲波以捕获弯曲波传递的能量，使其在结构局部区域产生能量聚集现象。这种情况下，只需要少量的阻尼材料便可以得到良好的能量耗散效果，具有更高的能量耗散效率。

因此，针对以上情况，本实用新型根据柴油发动机排气管产生的噪声结合声学黑洞来解决其噪音问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，通过将声学黑洞灵活运用至消音装置膨胀腔中，从而对柴油发动机排气管降噪。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，包括三个声学黑洞膨胀腔且其大小不同；所述声学黑洞膨胀腔内敷设有阻尼层；所述阻尼层外设有消音装置壳体；微穿孔消音管安装在消音装置的中心轴位置，其一端为入口，另一端为出口，且所述微穿孔消音管上分布有进气口。

所述声学黑洞膨胀腔是由一维声学黑洞沿法向拉伸而成的楔形结构，且所述声学黑洞膨胀腔沿一维声学黑洞的x轴旋转360°得到腔体结构。

所述声学黑洞膨胀腔上嵌入声学黑洞，其声学黑洞区域满足h(x)＝εx^m+h₀(m≥2)；其中，h(x)为中心水平距离为x时黑洞区域的厚度；h₀为声学黑洞区域的截断厚度；r_ABH为声学黑洞的半径，幂律m取正有理数2～4，声学黑洞截断厚度h₀取0.05mm。

所述声学黑洞膨胀腔的第一声学黑洞膨胀腔的腔长为30～50mm，第二声学黑洞膨胀腔的腔长为80～120mm，第三声学黑洞膨胀腔的腔长为150～200mm；所述声学黑洞半径r_ABH在所述第一声学黑洞膨胀腔内取10～20mm，在所述第二声学黑洞膨胀腔内取35～55mm，在所述第三声学黑洞膨胀腔内取70～95mm。

所述微穿孔消音管为微穿孔圆筒式管，用厚度为1mm的纯金属薄板制作，在薄板壁上有孔径为1～3mm的进气通孔，所述进气通孔均匀法分布在消音管上的径向方向。

所述微穿孔消音管选择不同的穿孔率。

所述阻尼层的厚度为声学黑洞截断厚度h₀的5～10倍，材料选粘弹性阻尼材料。

所述声学黑洞膨胀腔由钢板制成，通过焊接或螺栓固定方式依次连接。

所述消音装置采用整体铸造的方式加工制造。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型所使用的微穿孔消音管吸声系数高，吸收频带宽，压力损失小，气流再生噪声低，且易于控制；(2)本实用新型为拓宽频带提高噪音吸收效果，设置三个膨胀腔来吸收不同的频带的噪音，从而达到不同膨胀腔作用的频率不一；(3)本实用新型利用了声学黑洞的能量聚集效应，使弯曲波聚集到声学黑洞尖端，在声学黑洞膨胀腔内使用阻尼材料，对声能进行耗散，实现降噪，对比普通消音装置，运用了声学黑洞的消音装置消声效果更为显著；(4)本实用新型所使用的声学黑洞膨胀腔，减少了材料的使用，降低了材料的成本，同时在消音装置总质量减小的同时能达到更好的消音效果。

为更清楚说明本实用新型的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的剖视图；

图3为本实用新型的左视图；

图4为本实用新型的微穿孔消音管的主视图；

图5为本实用新型的剖视立体图。

图中附图标记为：1-入口；2-微穿孔消音管；3-消音装置壳体；4-阻尼层；5-微孔；6-出口；7-第三声学黑洞膨胀腔；8-第二声学黑洞膨胀腔；9-第一声学黑洞膨胀腔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，包括三个声学黑洞膨胀腔且其大小不同；所述声学黑洞膨胀腔内敷设有阻尼层4；所述阻尼层4外设有消音装置壳体3；所述消音装置壳体3外形为圆筒形；微穿孔消音管2安装在消音装置的中心轴位置，其一端为入口1，另一端为出口6，且所述微穿孔消音管2上分布有进气口；所述微穿孔消音管2与消音装置的膨胀腔采用焊接连接，密封性好；三个所述声学黑洞膨胀腔紧密相连，用于耗散声能。

所述声学黑洞膨胀腔是由一维声学黑洞沿法向拉伸而成的楔形结构，且所述声学黑洞膨胀腔沿一维声学黑洞的x轴旋转360°得到腔体结构。

所述声学黑洞膨胀腔上嵌入声学黑洞，其声学黑洞区域满足h(x)＝εx^m+h₀(m≥2)；其中，h(x)为中心水平距离为x时黑洞区域的厚度；h₀为声学黑洞区域的截断厚度；r_ABH为声学黑洞的半径，幂律m取正有理数2～4，声学黑洞截断厚度h₀取0.05mm。

所述声学黑洞膨胀腔的第一声学黑洞膨胀腔9的腔长为30～50mm，第二声学黑洞膨胀腔8的腔长为80～120mm，第三声学黑洞膨胀腔7的腔长为150～200mm；所述声学黑洞半径r_ABH在所述第一声学黑洞膨胀腔9内取10～20mm，在所述第二声学黑洞膨胀腔8内取35～55mm，在所述第三声学黑洞膨胀腔7内取70～95mm。

所述微穿孔消音管2为微穿孔圆筒式管，用厚度为1mm的纯金属薄板制作，在薄板壁上有孔径为1～3mm的进气通孔，所述进气通孔均匀法分布在消音管上的径向方向。

所述微穿孔消音管2选择不同的穿孔率，可以控制消声器的频谱性能，使其在需要的频率范围内获得良好的消声效果。

所述阻尼层4的厚度为声学黑洞截断厚度h₀的5～10倍，材料选粘弹性阻尼材料，可由沥青、水溶物、乳胶或环氧树脂适当的添加填料和溶剂制成，并通过高强度胶水粘合后使所述声学黑洞膨胀腔和所述阻尼层形成整体结构。

所述声学黑洞膨胀腔由钢板制成，通过焊接或螺栓固定方式依次连接。

所述消音装置采用整体铸造的方式加工制造。

本申请的工作原理：

柴油发动机的排气口排出气体由微穿孔消音管的入口进入，通过微孔5进入到第一声学黑洞膨胀腔时，此膨胀腔主要消除高频段的噪声；气体通过微孔5进入到第二声学黑洞膨胀腔时，此膨胀腔主要消除中频段的噪声；气体通过微孔5进入到第三声学黑洞膨胀腔时，此膨胀腔主要消除低频段的噪声；当腔室与管微穿孔消音管截面面积发生变化使声能在膨胀室内多次反射、扩张被消耗，从而达到消音的效果。其次，当噪音进入到声学黑洞膨胀腔内时，弯曲波沿着声学黑洞的楔形进行传播，弯曲波速会随着楔形厚度的减小逐渐减小，波在黑洞局部区域聚集，此时阻尼可以将声能转化为热能，达到第二重消音的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，包括三个声学黑洞膨胀腔且其大小不同；所述声学黑洞膨胀腔内敷设有阻尼层；所述阻尼层外设有消音装置壳体；微穿孔消音管安装在消音装置的中心轴位置，其一端为入口，另一端为出口，且所述微穿孔消音管上分布有进气口。

2.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述声学黑洞膨胀腔是由一维声学黑洞沿法向拉伸而成的楔形结构，且所述声学黑洞膨胀腔沿一维声学黑洞的x轴旋转360°得到腔体结构。

3.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述声学黑洞膨胀腔上嵌入声学黑洞，其声学黑洞区域满足h(x)＝εx^m+h₀(m≥2)；其中，h(x)为中心水平距离为x时黑洞区域的厚度；h₀为声学黑洞区域的截断厚度；r_ABH为声学黑洞的半径，幂律m取正有理数2～4，声学黑洞截断厚度h₀取0.05mm。

4.根据权利要求3所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述声学黑洞膨胀腔的第一声学黑洞膨胀腔的腔长为30～50mm，第二声学黑洞膨胀腔的腔长为80～120mm，第三声学黑洞膨胀腔的腔长为150～200mm；所述声学黑洞半径r_ABH在所述第一声学黑洞膨胀腔内取10～20mm，在所述第二声学黑洞膨胀腔内取35～55mm，在所述第三声学黑洞膨胀腔内取70～95mm。

5.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述微穿孔消音管为微穿孔圆筒式管，用厚度为1mm的纯金属薄板制作，在薄板壁上有孔径为1～3mm的进气通孔，所述进气通孔均匀法分布在消音管上的径向方向。

6.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述微穿孔消音管选择不同的穿孔率。

7.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述阻尼层的厚度为声学黑洞截断厚度h₀的5～10倍，其材料选粘弹性阻尼材料。

8.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述声学黑洞膨胀腔由钢板制成，通过焊接或螺栓固定方式依次连接。

9.根据权利要求1所述的一种小型试验船用柴油发动机排气消音装置，其特征在于，所述消音装置采用整体铸造的方式加工制造。