一种组合式消音器

技术领域

本发明涉及一种消音装置的技术领域，具体涉及一种组合式消音器。

背景技术

扩散型消音器通常用于高速流体的消音场合，如锅炉排汽、涡轮机排气等，其中，锅炉排汽管内的流体流速很高，往往可以达到音速甚至超音速，且流体的质量流量大，故产生的噪声极高(一般中压锅炉排汽噪声均超过120分贝)，因此，若单纯使用扩散型消音器，难以将噪声降低到85分贝(环境噪声排放标准)以下，所以现人们通常将其与阻型消声结构相组合，以制成组合式消音器。如国专利授权公告号为CN203858858U的文献中就披露了《一种节流扩散复合型消音器》，该复合型消音器包括有防雨帽、出气口、壳体、吊耳、阻性吸声体、吸声层、小孔喷注装置、节流降压装置、排液口和进气口，壳体为柱状结构，壳体一端为进气口，另一端为出气口，壳体内部靠近进气口一端安装节流降压装置，节流降压装置外围设置小孔喷注装置，壳体内壁四周设置吸声层，壳体内部靠近出气口一端并设置阻性吸声体，出气口外部安装防雨帽，壳体外部靠近出气口一端对称设置至少两个吊耳。采用这样的消音器，虽然降噪量可达50-60dB，但在增加消音量的同时也增加了流体的阻力，从而不能满足系统对流体的阻力要求，使该类消音器设计时往往陷入消音量和阻力两难选择的境地，即无法同时达到高消音量和低阻力的要求。

故还有待于进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种同样能提高消音量且还能满足系统对流体低阻力要求的组合式消音器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种组合式消音器，包括有外壳和安装在所述外壳内的一级小孔消音体、二级小孔消音体以及吸音体，其中，所述外壳上开有流体的入口和出口，所述一级小孔消音体连通所述外壳的入口；所述的二级小孔消音体套设在所述一级小孔消音体的外侧，且与所述一级小孔消音体之间形成空腔；所述吸音体安装在所述二级小孔消音体之外的所述外壳内，以吸收从二级小孔消音体出来的流体中的中、高频噪声，其特征在于：还包括有位于外壳之外的扩压段，该扩压段内设有轴向贯通的锥形孔，该锥形孔的出口端的截面大于进口端的截面，且出口端固定在所述外壳的入口处而与所述外壳的入口相连通。

在上述方案中，进一步改进的是，所述一级小孔消音体为一端封闭、另一端开口并与所述外壳的入口相连通的第一筒体，该第一筒体的侧壁上密布有多个第一喷注孔，使得结构较为简单。

在上述改进方案中，所述锥形孔的出口端内壁、所述外壳的入口处的内壁和第一筒体的开口处的内壁依次相圆弧衔接，使得流体流经该处时，能减小该处的局部阻力。

在上述改进方案中，再进一步改进的是，所述多个第一喷注孔的面积之和大于所述一级小孔消音体的开口的面积，使得流体在第一筒体内流动时，可以实现降速、增压的目的，以抵消流动时受到的阻力。

在上述再改进方案中，第一喷注孔的总面积与扩压段出囗面积之比对流体的阻力有明显的影响，若比例过小时，第一喷注孔处的流速会过高，过高的流速会产生较高的局部阻力及附加噪音；若比例过大时，则第一喷注孔之间的间距过小，加工难度变大，且相邻第一喷注孔之间的射流(气流)会产生相互干扰的现象。现经多次实验测得，优选的是，所述多个第一喷注孔的面积之和为所述一级小孔消音体的开口的面积的2～3倍为佳。这样的匹配，对于流体的降速、增压最为合理。

在上述改进方案中，更进一步改进的，所述二级小孔消音体为一端封闭、另一端敞口并与所述外壳的入口处周围的内壁相固定的第二筒体，该第二筒体的侧壁上密布有第二喷注孔，以与第一筒体相配合，使得整体结构简单，安装方便。

为了具有更好的吸声效果，各所述第一、第二喷注孔的出孔端边缘均向外侧延伸而形成有辅助管，该辅助管的内壁面、对应的喷注孔的内壁及对应喷注孔处的外壳的内壁面之间依次相圆弧衔接而形成圆弧角，以降低各喷注孔的入孔端的局部阻力，同时能降低此处因涡流产生的再生噪声。

较优选的是，所述圆弧角的半径为对应喷注孔的出孔端直径的0.2～0.3倍，使得降噪效果最佳化。

为了合理布置，以及考虑到的降噪效果，所述第一筒体的内直径与所述锥形孔的出口端的内直径相同，所述第二筒体的内直径为第一筒体的内直径的1.2～1.4倍。

在上述各方案中，进一步的，所述吸音体包括有用吸音材料制成的前吸音体和后吸音体，所述前吸音体为贴附在外壳的靠近入口的前部内壁上的吸音筒；所述后吸音体位于上述前吸音体和外壳的出口之间，在该后吸音体上开有多个狭长的轴向通道。如此，利用前、后吸音结构，对流出二级小孔消音体后的流体再进行有效的降噪，以更好地实现高消音的目的。

为了延长前吸音体的使用寿命，所述吸音筒的内壁上设置有保护吸音筒的衬筒，在该衬筒的壁面上开有多个小孔。同时为增加衬筒的强度，所述外壳内还可以设置有与所述衬筒的内壁相抵的支撑环。且该支撑环可以有多个，具体数量可根据需要设定。

同样为了延长后吸音体的使用寿命，所述轴向通道内设置有保护轴向通道的衬管，在该衬管的侧壁上开有多个贯穿孔。同时还可以在所述外壳内还设置有位于后吸音体的前端面处的前封板和位于后吸音体的后端面处的后封板，该前、后封板上均开有与所述轴向通道相对应的通孔，以同样起到保护后吸音体的目的。

与现有技术相比，由于本发明巧妙地在外壳外增设扩压段，利用扩压段内的锥形孔，使得进入外壳前的高速流体先流经锥形孔，使高速流体在锥形孔内因逐渐扩大的内径而降低流速，同时使流体的压力(静压)上升，该上升的压力可以抵消流体流经消声器时受到的大部分阻力。而流体进入外壳后，再依次经一级、二级小孔消音体的消音和吸音体的对中、高频噪声的吸收，使得流体中绝大部分噪声被吸收掉或转化为听觉范围之外的超声波。经多次试验反复证明，采用本发明的消声器，流出外壳时的流体噪声只达35～45DB，阻力仅为0～0.5KPa，因而本发明能明显的提高消音量，同时还能保持流体本来的低阻力状态，从而使得流出外壳后的流体能满足系统的使用要求。

附图说明

图1为本发明实施例的剖视示意图；

图2为图1中的A-A向剖视示意图；

图3为图1中B处的放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

在以下实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“轴向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，由于本发明所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制，比如“上”、“下”并不一定被限定为与重力方向相反或一致的方向。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图1至图3所示，该组合式消音器包括有外壳1、扩压段2、一级小孔消音体、二级小孔消音体以及吸音体，其中，外壳1上开有流体的入口1a和出口1b，具体的是，该外壳1包括有壳体11、前封盖12和后封盖13，壳体11设计成两端敞开的筒状结构，其下方通过支撑座14横卧放置于地面或所需的地基上(当然，根据需要也可以直立放置)，前封盖12和后封盖13设置在壳体11的两端，以遮蔽住壳体11的前、后端口，本实施例中，前封盖12、后封盖13均能焊接的方式与壳体11相固定，当然，根据需要，也可以采用现有技术中的其它连接方式，如铰链等实现开闭。上述流体的入口1a开在前封盖12上，流体的出口1b开在后封盖13上，图1中优选方案可见，该入口1a的中心和出口1b的中心均位于壳体11的轴向中心线上。

上述扩压段2位于外壳1之外，并对应于外壳1的入口1a，该扩压段2内设有轴向贯通的锥形孔21，该锥形孔的出口端2b的截面大于进口端2a的截面，该截面在图1中采用圆形，也可以是方形或多边形，且该锥形孔21的出口端2b固定在外壳的入口1a处，具体可以为焊接在前封盖12的外侧而与入口1a相连通，由图1可知，该锥形孔21的中心线优选与壳体11的轴向中心线处于同一直线上，并且，该扩压段2由钢板卷制锥形体后焊接而成，使得其外形轮廓也呈锥形，以方便加工，并且如此设计成本低。当然本领域的技术人员可以理解，此扩压段2只要内设锥形孔21即可，外部轮廓可以采用其它形状。

上述一级小孔消音体安装在外壳1内并连通外壳1的入口1a，具体的，该一级小孔消音体设计成一端封闭、另一端开口的第一筒体3，该第一筒体3的开口端固定在前封盖12的内侧，并与入口1a相连通，为了减小因形状突变产生局部压力损失，该第一筒体3的内直径与锥形孔21的出口端的内直径相同，且锥形孔21的出口端内壁、入口1a处的内壁和第一筒体3的开口处的内壁依次相圆弧衔接。同时为了让进入第一筒体3的流体得到很好的消音，该第一筒体3的侧壁面密布有多个第一喷注孔31，密布的程度可以以下述条件为佳：多个第一喷注孔31的面积之和大于一级小孔消音体的开口的面积，按图1所示，也就是，多个第一喷注孔31的面积之和要大于第一筒体3的横断面积(也即为入口处的面积)，考虑到第一筒体3的强度，本实施例中，多个第一喷注孔31的面积之和为第一筒体3的横断面积的2～3倍为宜。并且为了降低各第一喷注孔31的入孔端处的局部阻力，各第一喷注孔31上增设有辅助管，具体的，在各第一喷注孔31的出孔端边缘向外侧延伸，以形成所述辅助管，为了与下述第二喷注孔处的辅助管相区别，设在该一喷注孔31处的辅助管称之为第一辅助管32，该第一辅助管32的内壁面、第一喷注孔31的内壁及第一喷注孔处的壳体11的内壁面之间依次相圆弧衔接而形成圆弧角，相对应的，该圆弧角称之为第一圆弧角R1，该第一圆弧角的半径为第一喷注孔31的出孔端直径的0.2～0.3倍。

上述的二级小孔消音体同样固定在外壳1内并套设在一级小孔消音体的外侧，且与一级小孔消音体之间形成空腔；为了与第一级小孔消音体的形状相匹配，本实施例中，二级小孔消音体也设计成一端封闭，另一端敞口的第二筒体4，并且为了获得合适的空腔大小，第二筒体4的内直径、长度为第一筒体3的对应内直径、长度的1.2～1.4倍，相互套置后，该第二筒体4的敞口端焊接固定在入口1a处周围的前封盖12的内壁面上，该第二筒体4的壁面同样上密布有第二喷注孔41。同理，该第二喷注孔41的出孔端边缘也向外侧延伸以形成辅助管，该辅助管称之为第二辅助管42，该第二辅助管42的内壁面、第二喷注孔41的内壁及该第二喷注孔处的壳体11的内壁面之间依次相圆弧衔接而形成圆弧角，对应的，该圆弧角称之为第二圆弧角R2，该第二圆弧角R2的半径也为第二喷注孔41的出孔端直径的0.2～0.3倍为佳，以降低流体在流入各第二喷注孔41的入孔端处的阻力。

上述吸音体安装在二级小孔消音体之外的外壳1内，以吸收从二级小孔消音体出来的流体中的中、高频噪声。具体的，吸音体包括有用吸音材料制成的前吸音体和后吸音体6，其中，前吸音体为贴附在外壳1的靠近入口1a的前部内壁上的吸音筒5，从图1中可知，该吸音筒5的轴向长度约为壳体11的轴向长度的一半，为了保护该吸音筒5，在吸音筒的内壁上还设置有衬筒7，在该衬筒7的壁面上开有多个小孔，一般该衬筒7选用较薄的多孔板制成，因此，为了提高其刚性，外壳1的前部内设置有与衬筒7内壁相抵的支撑环71，且该支撑环根据需要，可以设计多个，依次自前向后间隔分布。而上述后吸音体6位于上述前吸音体和外壳1的出口1b之间，该后吸音体6的材质可以与上述前吸音体的材质相同或相似，在该后吸音体6上开有多个狭长的轴向通道61，请参见图2，以供流体通过。同样为了保护后吸音体6，轴向通道内设置有保护轴向通道61的衬管8，在该衬管8的侧壁上开有多个贯穿孔。外壳1内还设置有位于后吸音体6的前端面处的前封板9a和位于后吸音体6的后端面处的后封板9b，该前、后封板上均开有与所述轴向通道相对应的通孔。

为了方便连接，在上述扩压段2的进口端2a，后封盖13的出口端均设计有法兰10。

工作原理如下：高噪声的流体从扩压段的进口端进入，由于扩压段的出口端截面大于进口端截面，因此，随着流体在扩压段内的前行，其流速会逐渐降低，根据能量守恒方程，该流体的一部分动能将会转化为压力能，使流体的静压上升。同时由于流体遇到的局部阻力与其流速的平方成正比，因此随着流体流速的降低，其在扩压段中相应的局部阻力也会减小，再加上扩压段的出口端与壳体的入口及第一筒体之间为圆弧过渡，使得其在该处的局部阻力更小。

接着，上述流体经扩压段后进入一级小孔消音体内，即流入上述第一筒体内，由于第一筒体上开有大量的第一喷注孔，且各第一喷注孔的截面积之和大于第一筒体的开口端的面积，因此，流体在第一筒体内的流速将进一步降低。同时由于第一喷注孔入孔端处的圆弧角，还能进一步降低局部阻力，并能抑制次生噪声的产生，使得流体中的噪声流经第一喷注孔时发生频谱迁移，噪声频谱中，一些高频噪声将转化为超声波，从而超出人的听觉范围，那些不易被一级小孔吸音体吸收的低频噪声将转化为中、高频噪声。从第一喷注孔出来的流体进入到空腔中，再流经二级小孔消音体(即第二筒体)时再次发生频率迁移，有更多的高频噪声转化为超声波，且有更多的低频噪声转为中、高频噪声，在进入第二筒体外后，流体中的大部噪声再经吸音筒被前吸音体吸收。

然后，带噪声的流体向后消音体方向继续流动，因后消音体上具有狭长的多个狭长的轴向通道，故具有较大的长径比，使后吸音体有较高的吸音效率，流体中剩余的噪声绝大部分将被后吸音体所吸收掉，或转化为听觉范围之外的超声波。因此当流体排出壳体的出口时，其降噪声值只达35～45DB，已远高于同类消音器的消音水平。

显然，采用本实施例后，利用扩压段，使得流体的静压不但没有下降，反而有所上升，此上升值几乎可以抵消流体流过本消音器的阻力，使得本消音器同时具有消音大、阻力低的特点，从而能满足系统对这两项参数的要求。