用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，包括一個穿孔管，其特征在于：在所述的穿孔管內(nèi)沿氣流傳輸?shù)姆较蛏希挥跉饬鞒隹诜较虻拇┛坠芏卧O有用于增加穿孔管的低頻消聲性能的穿孔，位于氣流入口方向的穿孔管的內(nèi)壁上設有具有減阻特性的脊狀結構；所述的氣流流經(jīng)穿孔管時先經(jīng)過脊狀結構的梳理再從穿孔段流出。本發(fā)明利用脊狀結構的減阻特性來梳理氣流，提高其空氣動力學性能。本發(fā)明將普通穿孔管全段均布穿孔改為管段后部均布穿孔，增加穿孔管的低頻消聲性能。
【專利說明】用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抗性消聲器新型穿孔管消聲單元結構，尤其是一種用于工程機械的抗性消聲器穿孔管結構。

【背景技術】
[0002]抗性消聲器是控制工程機械排氣噪聲的主要途徑，而穿孔管是抗性消聲器中不可或缺的消聲單元之一，從實際測量的工程機械排氣噪聲1/3倍頻程譜得知，對排氣噪聲貢獻較大的頻率段主要集中在低頻段，因此低頻噪聲的控制是降低排氣噪聲的一個有效途徑，由于穿孔管結構有其對應的共振頻率，在共振頻率附近可取的較為理想的消聲效果，因此合理設計其共振頻率，使其位于低頻段附近可有效降低低頻噪聲，并且穿孔管的壓力損失也較小，因此穿孔管結構在抗性消聲器中得到廣泛的應用。
[0003]從工程機械用抗性消聲器生產(chǎn)廠家了解到，目前在本行業(yè)中穿孔管消聲單元普遍采用均布式穿孔方法，本領域技術人員也普遍認同穿孔段均布于整個管段且穿孔盡可能多的方法，因為這樣做可以發(fā)揮穿孔管低頻消聲性能和壓力損失小等優(yōu)點，但是這種方式會導致管段內(nèi)部氣流流過時雜亂無章，速度波動劇烈，導致較高的氣流再生噪聲，影響消聲器的消聲性能，另外，由于存在技術偏見，本領域技術人員很少會考慮穿孔的位置設置及消聲器內(nèi)壁的結構對消聲效果的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足和本領域的技術偏見，提供一種結構合理，聲學性能好，氣流再生噪聲小，對發(fā)動機排氣低、中頻噪聲的消聲效果明顯的用于工程機械抗性消聲器的新型穿孔管消聲單元。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0006]用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，包括一個穿孔管，在所述的穿孔管內(nèi)沿氣流傳輸?shù)姆较蛏?，位于氣流出口方向的穿孔管段設有用于增加穿孔管的低頻消聲性能的穿孔，位于氣流入口方向的穿孔管的內(nèi)壁上還設有具有減阻特性的脊狀結構；所述的氣流流經(jīng)穿孔管時先經(jīng)過脊狀結構的梳理再從穿孔段流出。利用脊狀結構的減阻特性來梳理氣流，提高其空氣動力學性能。將普通穿孔管全段均布穿孔改為管段后部均布穿孔，增加穿孔管的低頻消聲性能。
[0007]所述的脊狀結構為梯形脊狀結構。
[0008]所述的梯形脊狀結構是直接在穿孔管內(nèi)壁上加工出來的，其凹陷于穿孔管內(nèi)壁上；
[0009]所述的梯形脊狀結構作為一個部件附加在穿孔管內(nèi)壁上，其呈突起狀。
[0010]所述的脊狀結構在穿孔管的位置與穿孔的位置相錯開；脊狀結構位于穿孔管的前段內(nèi)壁上。
[0011]所述的脊狀結構為V型。
[0012]所述的V形脊狀結構作為一個部件附加在穿孔管內(nèi)壁上，呈突起狀。
[0013]所述的V形脊狀結構作為一個在穿孔管內(nèi)壁上加工出來的結構，呈凹陷狀。
[0014]所述的穿孔直徑設為5mm。
[0015]本發(fā)明的工作原理如下:
[0016]本發(fā)明在不改變現(xiàn)有穿孔個數(shù)和穿孔直徑的前提下，將穿孔均布的穿孔管段改為尾部穿孔的穿孔管，在穿孔管的前段內(nèi)壁上加入脊狀結構，保持管徑不變。
[0017]引入脊狀結構是利用脊狀結構的減阻特性，當氣流流經(jīng)帶有脊狀結構的管段時，由于脊與脊的間隙中迎風面和背風面壓力不一樣產(chǎn)生壓差，壓差導致與來流方向相反的小渦產(chǎn)生，這些渦會產(chǎn)生渦墊作用和推力作用，經(jīng)過這兩個作用，脊狀結構起到減阻的效果，該新型穿孔管消聲單元正是利用脊狀結構的減阻特性來梳理管中氣流的流動，使之流動過程中層次分明，速度突變減小，湍動能降低，以達到降低氣流再生噪聲的目的。
[0018]將穿孔管段置于穿孔管的尾部有利于增加穿孔管段的低頻消聲性能，從聲學仿真結果中就能看出，在保持其他部件不變的前提下，對復雜抗性消聲器中的某一穿孔管做穿孔段移至尾部的處理，其傳遞損失曲線在低頻段消聲量得到明顯的提升，而且低頻的有效消聲頻段也得到擴大。
[0019]將脊狀結構和管段尾部穿孔應用到新型穿孔管中，既能有較為理想的低頻消聲性能又能使得氣流再生噪聲降低，有利于消聲器中高頻的消聲。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
[0021]1.穿孔管采用脊狀結構來梳理管中的空氣流動，使得穿孔管具有較好的空氣動力學性能，氣流流動過程中層次分明，速度突變減小，湍動能降低，減小了穿孔管內(nèi)壁的流阻，以達到降低氣流再生噪聲的目的；
[0022]2.穿孔管穿孔分布在管段尾部，相比于均布穿孔來說，其低頻消聲性能進一步提升，低頻消聲量數(shù)值明顯增大，而且消聲頻段也明顯擴大。尾部穿孔也使得每個穿孔利用率增加，同樣流量的氣流流經(jīng)該穿孔段時更加順暢；
[0023]3.相比于普通穿孔管，該新型穿孔管使得排氣背壓有12% -17%的增加，雖然研究表明排氣背壓與發(fā)動機的功率呈負相關，即排氣背壓越大發(fā)動機功率損失越大，但是對于發(fā)動機而言另一個重要的參數(shù)就是排氣速率，該結構雖然會引起排氣背壓的增大，但同時提高了排氣速率，排氣速率的提高可以使得發(fā)動機在同一時間內(nèi)排出更多的廢氣，這也是一個有益的提升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1 (a)-圖1 (b)是帶普通穿孔管的復雜抗性消聲器；
[0025]圖2是帶普通穿孔管的復雜抗性消聲器的聲學傳遞損失曲線；
[0026]圖3(a)-圖3(c)是帶普通穿孔管的復雜抗性消聲器的(空氣動力學)流場仿真結果;
[0027]圖4(a)-圖4(c)是帶新型穿孔管的復雜抗性消聲器的(空氣動力學)流場仿真結果;
[0028]圖5是帶新型穿孔管的復雜抗性消聲器的聲學傳遞損失曲線；
[0029]圖6(a)-圖6(b)是本發(fā)明裝置的示意圖；
[0030]圖7(a)-圖7(b)是本發(fā)明裝置的示意圖；
[0031]圖8(a)-圖8(b)是本發(fā)明實施例的示意圖；
[0032]圖9 (a)-圖9 (b)是本發(fā)明實施例的示意圖；
[0033]圖中:1 一二腔穿孔管，2 二三腔穿孔管，3進氣管，4出氣管，5腔室I，6腔室
[0034]II，7腔室III，8穿孔管管體，9脊狀結構，10穿孔段。

【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0036]首先，本發(fā)明采用數(shù)值仿真分析的方法對穿孔管的聲學和空氣動力學性能進行分析，以下便結合數(shù)值仿真分析結果對穿孔管消聲單元的聲學與空氣動力學性能進行論述:
[0037]如圖1 (a)、(b)所示，將穿孔均布的普通穿孔管應用于復雜消聲器中，圖2為帶普通穿孔管的復雜抗性消聲器的聲學傳遞損失曲線，圖3為帶普通穿孔管的復雜抗性消聲器的(空氣動力學)流場仿真結果。
[0038]從圖2看出雖然應用了穿孔管結構，但是其低頻消聲性能還是不太理想。從圖3(a)中壓力云圖得出壓力在管段內(nèi)逐漸增大，越靠近管段尾部壓力越大；從圖3(b)中速度云圖上得出，穿孔管內(nèi)部速度分度較為混亂，勢核區(qū)長度較大，邊界層厚度忽厚忽??；從圖3(c)中湍流強度云圖得到穿孔管內(nèi)部尤其是壁面處速度波動較為劇烈，易產(chǎn)生較大的氣流再生噪聲。
[0039]根據(jù)上面的仿真結構，本發(fā)明提出把脊狀結構和尾部穿孔融合在一起實現(xiàn)提高穿孔管消聲性能的目的；
[0040]實施例1
[0041]針對工程機械用的抗性消聲器穿孔管消聲單元，將其應用于復雜抗性消聲器中，如圖8 (a-b)所示，其中包括脊狀結構穿孔管1，二三腔穿孔管2，進氣管3，出氣管4，腔室
I5，腔室II 6，腔室III 7，氣流由進氣管3進入腔室I 5，再流經(jīng)脊狀結構穿孔管I進入腔室
II6，然后氣流進入二三腔穿孔管2到達腔室III 7，在經(jīng)過出氣管4排到大氣中。
[0042]本例中采用的脊狀結構為梯形脊狀結構且外凸于穿孔管內(nèi)壁上，且梯形脊狀結構的下底與孔管內(nèi)壁實現(xiàn)無縫貼合，見附圖7(a_b)，具體尺寸為:包括穿孔管管體8、梯形脊狀結構2、穿孔段3，其中穿孔管管體長為，內(nèi)徑為，梯形脊狀結構是高為1mm，上底是Imm下底是2mm的等腰梯形，沿螺距為5mm的螺旋線布于內(nèi)壁面20圈；該穿孔管穿孔段穿孔直徑為5mm，穿孔個數(shù)為40個(4圈XlO個/圈)，氣流流經(jīng)穿孔管時先經(jīng)過梯形脊狀結構的梳理再從穿孔段流出，通過脊狀結構的減阻作用和尾部穿孔提高低頻消聲性能，實現(xiàn)了穿孔管消聲單元消聲性能的提高。
[0043]圖4(a)-圖4(c)為帶新型穿孔管的復雜抗性消聲器的(空氣動力學)流場仿真結果，圖5為帶新型穿孔管的復雜抗性消聲器的聲學傳遞損失曲線。從圖4(a)的速度云圖可以看出新型穿孔管結構中雖然勢核長度有所增加，勢核內(nèi)的速度數(shù)值有所提升，但是管中氣流的分層更加合理，層流、湍流層次分明。氣流流經(jīng)穿孔時的速度有所提升，穿孔的利用率增加。從圖4(b)的湍動能云圖可以看出該結構的管段內(nèi)部湍動能明顯低于普通穿孔管結構的湍動能。該新型結構雖然勢核長度增加，速度提升，但是氣流流動過程中層次分明，速度突變減小，湍動能降低，減小了穿孔管內(nèi)壁的流阻，可以預見能夠達到降低氣流再生噪聲的目的。對比圖5與圖2的傳遞損失曲線可知，該新型結構的低頻消聲量數(shù)值明顯增大，而且消聲頻段也明顯擴大，在低頻段消聲取得明顯改善。
[0044]實施例2
[0045]針對工程機械用的抗性消聲器穿孔管消聲單元，將其應用于復雜抗性消聲器中，如圖9(a-b)所示，其中I脊狀結構穿孔管，2 二三腔穿孔管，進氣管3，出氣管4，腔室I 5，腔室II 6，腔室III 7，氣流由3進氣管進入5腔室I，再流經(jīng)I脊狀結構穿孔管進入6腔室II，然后氣流進入2 二三腔穿孔管到達7腔室III，在經(jīng)過4出氣管排到大氣中。
[0046]本例中采用的脊狀結構穿孔管為梯形脊狀結構且凹陷于穿孔管內(nèi)壁上，見附圖6(a_b)，具體尺寸為:包括穿孔管管體1、梯形脊狀結構2、穿孔段3，其中穿孔管管體長為219mm,內(nèi)徑為30mm,梯形脊狀結構是高為Imm,上底是Imm下底是2mm的等腰梯形，沿螺距為5mm的螺旋線布于內(nèi)壁面20圈；該穿孔管穿孔段穿孔直徑為5mm，穿孔個數(shù)為40個(4圈XlO個/圈)，氣流流經(jīng)穿孔管時先經(jīng)過梯形脊狀結構的梳理再從穿孔段流出，通過脊狀結構的減阻作用和尾部穿孔提高低頻消聲性能，實現(xiàn)了穿孔管消聲單元消聲性能的提高。
[0047]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【權利要求】
1.用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，包括一個穿孔管，其特征在于:在所述的穿孔管內(nèi)沿氣流傳輸?shù)姆较蛏?，位于氣流出口方向的穿孔管段設有用于增加穿孔管的低頻消聲性能的穿孔，位于氣流入口方向的穿孔管的內(nèi)壁上設有具有減阻特性的脊狀結構；所述的氣流流經(jīng)穿孔管時先經(jīng)過脊狀結構的梳理再從穿孔段流出。
2.如權利要求1所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的脊狀結構為梯形脊狀結構。
3.如權利要求2所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的梯形脊狀結構是直接在穿孔管內(nèi)壁上加工出來的，其凹陷于穿孔管內(nèi)壁上。
4.如權利要求2所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的梯形脊狀結構作為一個部件附加在穿孔管內(nèi)壁上，其呈突起狀。
5.如權利要求1所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的脊狀結構為V型。
6.如權利要求5所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的V形脊狀結構作為一個部件附加在穿孔管內(nèi)壁上，呈突起狀。
7.如權利要求5所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的V形脊狀結構作為一個在穿孔管內(nèi)壁上加工出來的結構，呈凹陷狀。
8.如權利要求1所述的用于抗性消聲器的脊狀結構穿孔管消聲單元，其特征在于:所述的穿孔直徑設為5mm。
【文檔編號】F01N13/00GK104389665SQ201410472895
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】周以齊, 李 瑞, 米永振, 白儒 申請人:山東大學