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一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用來消音的裝置與方法以及該裝置在船舶排氣系統(tǒng)中的使用的制作方法

文檔序號(hào):5235724閱讀:222來源:國(guó)知局
專利名稱:一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用來消音的裝置與方法以及該裝置在船舶排氣系統(tǒng)中的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用來消音的裝置與方法,其類型描述于權(quán)利要求1的前序部分。氣體傳送系統(tǒng)的主要用途是船舶內(nèi)燃機(jī)中的排氣系統(tǒng),其中排氣系統(tǒng)出口產(chǎn)生的噪聲須滿足一定的關(guān)于噪聲的預(yù)定要求。然而,本發(fā)明也可有利地應(yīng)用于通風(fēng)設(shè)備、如內(nèi)燃機(jī)車輛中的排氣設(shè)備或發(fā)電廠中的管道氣體清潔裝置。
背景技術(shù)
為了降低尤其是發(fā)自通風(fēng)系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)孔口的噪聲,公知的方法是在系統(tǒng)的氣道中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)消聲器。消聲器這個(gè)名稱通常表示一個(gè)有能力消耗聲能的裝置。通過將聲能轉(zhuǎn)化為一些如熱等的其他能量形式可消耗聲能,這些其他能量可被轉(zhuǎn)移和冷卻。在下文中,阻抗衰減器這個(gè)名稱指一個(gè)位于氣道中的裝置,其能夠吸收聲能,即能夠?qū)⒙暷苻D(zhuǎn)化為其他能量形式。下文中的衰減器這個(gè)名稱表示一種能夠降低噪音的設(shè)備,而衰減表示降低噪音的特性。
阻抗衰減器的一個(gè)典型實(shí)施例是一個(gè)圓管或方管,其暴露在氣流中的管壁覆蓋上了吸音材料或帶有小連通腔的多孔介質(zhì)。在專利文獻(xiàn)GB 2,122,256中描述了這種用于通風(fēng)系統(tǒng)的普通聲音衰減器。在美國(guó)專利文獻(xiàn)2,826,261中,已公知另一種用于排氣系統(tǒng)的阻抗衰減器。通常使用包含粘合劑的礦物棉或玻璃絲來作為吸音材料,其中粘合劑使吸音材料帶有粘合結(jié)構(gòu)。吸音材料也可用如穿孔板等透氣表面層來保護(hù),以在高氣體流速下實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)的服務(wù)壽命和更好的機(jī)械穩(wěn)定性。這種阻抗衰減器將帶有覆蓋寬頻范圍的消音特性,該特性依賴于消音材料的厚度和流速,還依賴于衰減器的長(zhǎng)度和內(nèi)部面積。
對(duì)于低頻區(qū)的消音,需決定吸音材料厚度與作為聲音一部分的聲波之比。在吸音材料厚度大于聲音波長(zhǎng)的四分之一時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)該聲音頻段的滿意消音。對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)的低頻區(qū)聲音來說,消音特性則大幅降低。甚至當(dāng)波長(zhǎng)與吸音材料厚度之比大約為1/8時(shí),吸收率只有比率為1/4時(shí)的一半,而比率為1/16時(shí)則只有比率為1/4時(shí)的20%。因?yàn)槿员3忠欢ǖ奈漳芰?,在許多情形下通過增加氣體傳送系統(tǒng)中總吸音材料的長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)足夠的消音。同樣,氣體傳送系統(tǒng)的橫截面積對(duì)于所實(shí)現(xiàn)的消音效果來說也是很重要的,因?yàn)殡S著橫截面積增加,聲音高頻區(qū)的消音效果下降。
該阻抗衰減器的一個(gè)問題是這樣的話,吸音層必須厚,以能夠吸收低頻聲音。這就需要一個(gè)大的體積。吸音材料較小的厚度也可通過加長(zhǎng)衰減器的總長(zhǎng)度來彌補(bǔ)。這將導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)消音的成本增加。另一個(gè)問題是系統(tǒng)中的壓力衰減須很有限。這將導(dǎo)致系統(tǒng)截面積相對(duì)較大。因此聲音高頻區(qū)的消音效果就下降了。消音特性還依賴于消音器在系統(tǒng)中放置的位置。經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況在實(shí)驗(yàn)室中所得到的尤其是低頻區(qū)的特性以及手冊(cè)中說明的特性,在實(shí)際中很少能實(shí)現(xiàn)。為確保足夠的消音效果,這導(dǎo)致尺寸將不得不大大加大。
另一個(gè)降低氣體傳送系統(tǒng)所發(fā)出聲音的已知方法是阻止聲音在管道中的傳播。這可以通過在氣體管道中設(shè)置反作用障礙來實(shí)現(xiàn)。一種這樣的障礙可通過產(chǎn)生一個(gè)與管道中聲音反相的聲音來實(shí)現(xiàn),可消除噪聲。這種技術(shù)最好與所謂的主動(dòng)消聲結(jié)合使用。然后可通過置于管道中的擴(kuò)音器來產(chǎn)生反向傳播的聲音。然而,為了使一個(gè)主動(dòng)系統(tǒng)正常工作,需要控制非常嚴(yán)格的條件。
還有一種降低到達(dá)孔口處聲音的方法為在管道中傳播的聲波設(shè)置一個(gè)障礙。這種類型的消聲器實(shí)際上不消耗能量,通常稱為被動(dòng)消聲器。被動(dòng)消聲器主要根據(jù)兩個(gè)原理來工作。第一種類型是反射消聲器。其截面積逐漸增加,而面積增加產(chǎn)生一個(gè)反射波,其傳播方向與原聲音相反。從功能的觀點(diǎn)來看,障礙可看成一個(gè)反射聲音的壁。第二種類型是共振消聲器,其影響管道中聲音的傳播。在這種情況下,障礙可看成是一個(gè)坑,行進(jìn)的聲音在通向孔口處的途中進(jìn)入坑中而降低。
共振消聲器包括兩種主要類型,即四分之一波消聲器和所謂的亥姆霍茲(Helmholtz)共鳴器。后者被調(diào)為單個(gè)頻率,而四分之一波消聲器被調(diào)為某種音調(diào),且還影響其奇次諧波。四分之一波消聲器通常包括一個(gè)與管道相連的封閉管,相應(yīng)于需消除聲音的四分之一波長(zhǎng)。其消音特性通常覆蓋一個(gè)非常狹窄的頻率范圍。被動(dòng)消聲器的一個(gè)問題是體積必須根據(jù)待阻止聲音的頻率來調(diào)整。被動(dòng)消聲器的另外一個(gè)也是更難克服的問題是對(duì)其在系統(tǒng)中的位置非常敏感。將聲音看作是一個(gè)按腳步行進(jìn)的東西,而將障礙看成是行進(jìn)聲音陷入的坑的話,很容易明白正確地相應(yīng)于腳步的長(zhǎng)度來放置坑的開口是很重要的。一個(gè)不正確放置的坑意味著聲音可毫無阻礙地通過。為得到最大限度的消聲效果,四分之一波消聲器的孔口因此須放置于管道中聲音域的壓力最大處。
還有大量以各種方式結(jié)合上述方法的裝置。然而,通常的問題是各種部件終止于不同的不起效果的位置。為彌補(bǔ)這些不可預(yù)見的特性,對(duì)于大的壓力下降,傳統(tǒng)消聲器系統(tǒng)經(jīng)常是大大加大尺寸,這導(dǎo)致設(shè)備昂貴、沉重和占用空間大。
對(duì)于氣體傳送系統(tǒng)中的消聲器裝置來說,如果氣體的溫度變化,則意味著更多的復(fù)雜性,因?yàn)槁曇舻牟ㄩL(zhǎng)將隨著溫度而改變。如果氣體的溫度從20℃升至900℃,聲波速度及波長(zhǎng)增加兩倍。因此,當(dāng)氣體被加熱后,一個(gè)在常溫下工作得很好的消聲器的特性將惡化,尤其是低頻區(qū)。這通常導(dǎo)致熱氣體傳送系統(tǒng)中的消聲裝置變得非常龐大。熱氣體傳送系統(tǒng)的一個(gè)另外的問題是凝結(jié)形成的危險(xiǎn)。消聲器中的吸音材料通常是絕熱的,在這種情況下,消聲器內(nèi)部變得較冷,以致于在熱氣體中溶解的液體在這兒凝結(jié)。凝結(jié)的液體能夠?qū)怏w中攜帶的如硫磺物和碳?xì)涞热紵龤堅(jiān)D(zhuǎn)化為其他物質(zhì),其中可腐蝕金屬的酸。凝結(jié)還可導(dǎo)致系統(tǒng)中沉積微粒。
發(fā)明概述本發(fā)明的目標(biāo)是生產(chǎn)一種氣體傳送系統(tǒng),從其發(fā)出的聲音小于從傳統(tǒng)已知系統(tǒng)發(fā)出的聲音,且沒有上述的缺陷。和利用已知技術(shù)制造的相應(yīng)系統(tǒng)相比,該傳送系統(tǒng)將更簡(jiǎn)單、占用空間更少、帶有一個(gè)較小的截面積及不那么昂貴。系統(tǒng)將比傳統(tǒng)的系統(tǒng)有更小的重量、在管道內(nèi)更少產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)聲音,并能夠包括如排氣鍋爐、火花避雷器等系統(tǒng)部件。消聲效果將能夠根據(jù)系統(tǒng)中呈現(xiàn)的聲學(xué)邊界條件來調(diào)整,且對(duì)頻率變化不很敏感。因?yàn)閭魉偷臍怏w經(jīng)常是熱的,系統(tǒng)將包括一個(gè)熱隔離體,使得外側(cè)管道可以被接觸,而在系統(tǒng)的內(nèi)部不產(chǎn)生凝結(jié)。系統(tǒng)的維護(hù)將是簡(jiǎn)單的,由可拆卸部件組成。
這通過符合本發(fā)明的一種傳送系統(tǒng)和一種方法來實(shí)現(xiàn);傳送系統(tǒng)用于氣體介質(zhì),其特征在權(quán)利要求1的特征部分來敘述;方法的特征在權(quán)利要求7的特征部分來敘述。有利的實(shí)施例在相關(guān)獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分來敘述。
聲音在氣體中以平移運(yùn)動(dòng)來傳播,氣體分子交替變密變稀。這導(dǎo)致相對(duì)的壓力最大值和壓力最小值。當(dāng)一個(gè)聲源在一個(gè)房間中產(chǎn)生聲音時(shí),出現(xiàn)一個(gè)由將房間特征化的聲學(xué)邊界條件所導(dǎo)致的聲場(chǎng)??梢哉J(rèn)為房間對(duì)聲源產(chǎn)生了一個(gè)響應(yīng)。聲場(chǎng)由空氣分子組成,在某些位置分子運(yùn)動(dòng)得非常激烈,而在另外的位置分子運(yùn)動(dòng)較小,甚至是靜止的。在那些分子靜止的位置,相對(duì)空氣壓力較高;在那些分子速度較大的位置,相對(duì)空氣壓力較低。對(duì)于每個(gè)聲音頻率,依賴于房間的邊界條件和聲源產(chǎn)生該頻率聲音的強(qiáng)度,產(chǎn)生的模式多多少少被加強(qiáng)。在下文中,上述壓力最小值稱為節(jié)點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)之間,聲場(chǎng)呈現(xiàn)一個(gè)振型,其振動(dòng)運(yùn)動(dòng)稱為振幅。
在一個(gè)排氣系統(tǒng)中,其中氣體通過管道至孔口處,與在房間中產(chǎn)生聲場(chǎng)的相同方式來產(chǎn)生一個(gè)聲場(chǎng),該聲場(chǎng)由管道中的邊界條件決定。另外,聲能本身有一個(gè)清楚表達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向,即從聲源至孔口。聲音在通往孔口途中服從的聲學(xué)邊界條件因此決定于管道有限表面的特性??卓谔幍穆晫W(xué)邊界條件很復(fù)雜,因?yàn)榭卓谔貏e的形狀以及高壓熱氣體流入常溫常壓空氣時(shí)的現(xiàn)象影響聲音的產(chǎn)生。在孔口處,行進(jìn)的聲音受到一個(gè)強(qiáng)烈的反射,其中部分聲能沿反方向傳回。反射的聲音產(chǎn)生一個(gè)聲場(chǎng),在管道中形成持續(xù)的聲波。在一個(gè)不消聲的管道系統(tǒng)中,聲場(chǎng)幾乎全部由反射聲波所決定。這樣,帶有明確的節(jié)點(diǎn)和大振幅的持續(xù)聲波就加入了生成的聲場(chǎng)中。
通過在管道系統(tǒng)中引入消聲,聲場(chǎng)被削弱了。實(shí)驗(yàn)顯示在這些條件下,局部控制管道中產(chǎn)生的聲場(chǎng)是可能的。每次截面增加形成一個(gè)反射波,部分傳播的聲能在此被反射回去。在一個(gè)漸細(xì)的細(xì)長(zhǎng)管道系統(tǒng)中,這意味著聲場(chǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)位于這樣一個(gè)截面增加處。本發(fā)明利用了這一點(diǎn),利用的方式是節(jié)點(diǎn)位置用來決定反射消聲器的最佳長(zhǎng)度和被動(dòng)消聲器孔口的最佳位置,反射消聲器也可包括阻抗衰減特性。
為限制氣體傳送系統(tǒng)的體積,在管道系統(tǒng)中安置了帶有中等厚度吸音材料的阻抗衰減器。這樣對(duì)于高頻聲音可得到一個(gè)好的消音效果。對(duì)于低頻聲音,通過一個(gè)接一個(gè)地安置多個(gè)阻抗衰減器也可得到好的消音效果。這樣通過更長(zhǎng)的阻抗衰減器的總長(zhǎng)度彌補(bǔ)了較差的吸音能力。
在低頻區(qū),行進(jìn)波更多地將一個(gè)阻抗衰減器認(rèn)為是一個(gè)反射衰減器。因?yàn)楣艿老到y(tǒng)是漸細(xì)的,聲場(chǎng)被如此安排,使得聲場(chǎng)中的節(jié)點(diǎn)位于截面變化處。結(jié)果,為在某個(gè)聲音頻率處得到好的衰減效果,放置一個(gè)四分之一波衰減器,使其孔口的位置距截面增加處為四分之一波長(zhǎng)。在某個(gè)頻率聲音的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間,距離為半個(gè)波長(zhǎng)。在這些節(jié)點(diǎn)間的中點(diǎn),即距節(jié)點(diǎn)為四分之一波長(zhǎng)的距離處,壓力幅值最大。在這個(gè)位置,氣體分子的運(yùn)動(dòng)最少,四分之一波衰減器就放置在這兒。所述方法也使得這成為可能最佳地安排四分之一波衰減器的長(zhǎng)度,使其與管道長(zhǎng)度相符。
通過將帶有阻抗衰減特性的反射衰減器和被動(dòng)衰減器適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合,實(shí)驗(yàn)表明可以控制管道中的聲場(chǎng),且通過位置的選擇,可制成帶有可預(yù)知的、最優(yōu)化的衰減特性的衰減器。當(dāng)放置一個(gè)被動(dòng)衰減器于一個(gè)反射衰減器的任一側(cè)時(shí),實(shí)驗(yàn)表明在低頻區(qū),可在一個(gè)相應(yīng)于第三倍頻程的帶寬上實(shí)現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)大的衰減效果。一個(gè)第三頻段包括一個(gè)倍頻程的三分之一,即相應(yīng)于約為中心頻率24%的帶寬。


將通過參考附圖對(duì)一個(gè)實(shí)施例的描述來更詳細(xì)地解釋本發(fā)明,其中圖1顯示了一個(gè)由符合本發(fā)明的阻抗和被動(dòng)衰減器組成的傳送系統(tǒng),圖2顯示了一個(gè)阻抗衰減器的截面,及圖2顯示了一個(gè)被動(dòng)衰減器的截面。
優(yōu)選實(shí)施例描述圖1顯示了一個(gè)符合本發(fā)明的用于氣體介質(zhì)的傳送系統(tǒng)。所示的傳送系統(tǒng)是一個(gè)用于船用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)(圖中未示)排出的廢氣通過置于排氣系統(tǒng)下方的入口管1,經(jīng)過管道氣體清潔設(shè)備6,進(jìn)入一個(gè)熱交換器2。在熱交換器中,熱氣體部分多余的熱量被取出來用于加熱水或油。從熱交換器出來的氣體進(jìn)一步通過排氣管道的一個(gè)消聲部件,其包括多個(gè)被動(dòng)消聲器3和多個(gè)包含某種形式吸音材料的阻抗反射衰減器4。在排氣系統(tǒng)的上方,廢氣通過一個(gè)火花避雷器5后進(jìn)入出口管7,出口管與一個(gè)被煙堆(圖中未示)包圍的孔口(圖中未示)相連。管道中傳送的氣體是熱的,通常帶有約400℃的溫度。小燃燒微粒隨著氣體被傳送,在溶解于氣體中的液體凝結(jié)時(shí),微粒形成一些其他物質(zhì),其中酸可導(dǎo)致金屬的腐蝕損壞。
根據(jù)本發(fā)明,排氣系統(tǒng)的消音部件被設(shè)計(jì)成帶有均勻厚度的外徑。這形成一個(gè)帶有均勻厚度的細(xì)長(zhǎng)管道系統(tǒng),其允許排氣系統(tǒng)容納在一個(gè)最佳的節(jié)省空間的總體積。包括在系統(tǒng)中的阻抗反射衰減器4用于有效吸收高中頻聲音。在頻率降低,吸音能力會(huì)下降。然而,通過在管道中安排許多個(gè)阻抗反射衰減器,對(duì)于低頻區(qū)的高端也可實(shí)現(xiàn)足夠的吸收。根據(jù)本發(fā)明,傳統(tǒng)的耗費(fèi)空間的管道系統(tǒng)的消音效果被更長(zhǎng)的阻抗衰減的總長(zhǎng)度所彌補(bǔ)了。
在低頻區(qū),阻抗反射衰減器4只起反射衰減器的作用,在這種情況下,某些頻率的聲能沿聲音傳播的反方向被反射回去。因此管道中的聲場(chǎng)可適應(yīng)自身,使得聲場(chǎng)中的壓力節(jié)點(diǎn)位于在管道中的那個(gè)截面積改變的位置。根據(jù)本發(fā)明,這一點(diǎn)以這樣的方式來利用將被動(dòng)衰減器3的孔口安排于距所限定的壓力節(jié)點(diǎn)四分之一波長(zhǎng)處。原因是如果其孔口置于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間中點(diǎn)的聲壓最大值處,即距其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)四分之一波長(zhǎng)的距離,被動(dòng)衰減器的作用發(fā)揮得最好。
對(duì)于一個(gè)四分之一波衰減器,衰減器的長(zhǎng)度等于反射衰減器和四分之一波衰減器之間的長(zhǎng)度。這允許四分之一波衰減器有利地平行于管子延伸,且其封閉端朝向反射衰減器。因此排氣管道可被設(shè)計(jì)成帶有均勻厚度的外徑。四分之一波衰減器的長(zhǎng)度也恰好與反射衰減器邊緣及四分之一波衰減器孔口之間的距離相等。此后該長(zhǎng)度將被稱為被動(dòng)長(zhǎng)度,這樣包括從反射衰減器到孔口的距離以及四分之一波衰減器的長(zhǎng)度。
反射衰減器有這樣的衰減特性對(duì)于四分之一波長(zhǎng)的偶數(shù)倍相應(yīng)于衰減器長(zhǎng)度的頻率來說,衰減器將給出大的衰減。在頻率范圍的高低兩端,衰減效果下降;對(duì)于半波長(zhǎng)的倍數(shù)相應(yīng)于衰減器長(zhǎng)度的頻率來說,衰減為零。這種模式導(dǎo)致反射衰減器對(duì)于基頻和基頻的偶次諧波有效;基頻的波長(zhǎng)為衰減器長(zhǎng)度的四倍。因此在低頻區(qū),利用的是阻抗反射衰減器的反射特性。阻抗長(zhǎng)度等于反射衰減器的長(zhǎng)度,此后將被稱為阻抗長(zhǎng)度。這兒應(yīng)說明低頻區(qū)的阻抗衰減器可用反射腔或排氣系統(tǒng)中一些其他呈現(xiàn)截面變化的單元來等價(jià)替換。
共振衰減器在一個(gè)狹窄頻帶內(nèi)吸音。四分之一波衰減器的衰減特性與聲音四分之一波長(zhǎng)的奇數(shù)倍有關(guān)。然后,在頻域的高低兩端,衰減效果急速下降。使四分之一波衰減器能發(fā)揮衰減效果的一個(gè)條件是其孔口置于系統(tǒng)中,使得共振運(yùn)動(dòng)能開始。只當(dāng)孔口位于聲場(chǎng)中的所關(guān)心頻率有壓力最大值的點(diǎn)時(shí),其才能有效起作用。四分之一波衰減器最好用于衰減系統(tǒng)中的純音。因此,如果將其置于距反射衰減器四分之一波長(zhǎng)處,其效果是最好的。當(dāng)將其置于阻抗衰減器之前或之后時(shí),可通過選擇合適的阻抗長(zhǎng)度和被動(dòng)長(zhǎng)度來使其消音能力和低頻帶寬達(dá)到最佳。
實(shí)驗(yàn)表明三個(gè)消聲器單元組成的一個(gè)模塊在低頻區(qū)呈現(xiàn)出非常有效的消音特性。相當(dāng)寬頻帶內(nèi)的聲音可用這種方法來有效衰減。根據(jù)本發(fā)明,衰減器分別安排于模塊8和9,各模塊包括至少一個(gè)阻抗反射衰減器4和至少一個(gè)被動(dòng)衰減器3。圖1顯示了兩個(gè)模塊,每個(gè)模塊包括一個(gè)阻抗反射衰減器4,其被安置于兩側(cè)的被動(dòng)衰減器3所包圍,其中孔口背離反射衰減器。這種模塊的總長(zhǎng)度A和B分別為三個(gè)單元的長(zhǎng)度a和b之和,每一個(gè)包括欲實(shí)現(xiàn)衰減頻帶的中心頻率的四分之三波長(zhǎng)。置于流入方向前端的被動(dòng)衰減器3b和3d適合被調(diào)整用于頻帶的下限頻率。置于阻抗反射衰減器之后的被動(dòng)衰減器3c和3e適合被調(diào)整用于頻帶的上限頻率。阻抗長(zhǎng)度a2和b2分別適合于與所述中心頻率的四分之一波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。被動(dòng)長(zhǎng)度a1和b1分別適合于與下限頻率的四分之一波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。被動(dòng)長(zhǎng)度a3和b3分別適合于與上限頻率的四分之一波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
在相應(yīng)于第三頻段量級(jí)頻帶的理想衰減功能的情況下,帶寬約為中心頻率的24%。為得到這樣的衰減功能,被動(dòng)長(zhǎng)度被調(diào)整為對(duì)應(yīng)于分別為第三倍頻程頻帶中心頻率之下12%和之上12%的頻率的四分之一波長(zhǎng)。顯示于圖1的阻抗長(zhǎng)度a2和b2分別對(duì)應(yīng)于第三倍頻程頻帶中心頻率的四分之一波長(zhǎng)。被動(dòng)長(zhǎng)度a1和b1分別對(duì)應(yīng)于阻抗長(zhǎng)度a2和b2分別乘上系數(shù)1.14。同樣,對(duì)于上限頻率,被動(dòng)長(zhǎng)度a3和b3分別等于阻抗長(zhǎng)度a2和b2分別除以系數(shù)1.14。實(shí)驗(yàn)表明,利用所述模塊,可在由第三倍頻程頻帶組成的頻帶上實(shí)現(xiàn)約15分貝(dB)的衰減。當(dāng)兩個(gè)模塊互連時(shí)可實(shí)現(xiàn)協(xié)作效果,在這種情況下模塊互相配合,使得總消聲效果延伸至整個(gè)倍頻程頻帶上,即三個(gè)第三倍頻程頻帶。因此,實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)無需在模塊間放置阻抗反射衰減器。
圖2顯示了包括在傳送系統(tǒng)中的阻抗反射衰減器4。消聲器包括一個(gè)圓柱形容器10,其兩端都安置了一個(gè)錐形連接片11,用于安裝一個(gè)最好是圓形的凸緣12,以和系統(tǒng)中的連接單元相連。容器10、連接片11和凸緣12用抗熱材料制成,如金屬,最好是不銹鋼。在容器中安置了形成與凸緣12內(nèi)部13相符的通道的圓柱吸收體14。在容器內(nèi)部和吸收體外部之間,布置了用于氣體通過的管道15,管道沿著容器的整個(gè)內(nèi)部以一個(gè)橫截面延伸。在容器外側(cè)安置了一個(gè)溫度安全保護(hù)裝置27。溫度安全保護(hù)裝置被合適地設(shè)計(jì)為帶有耐臟、機(jī)械耐久外表面的隔熱薄層。
吸收體14包括一個(gè)帶有耐熱吸音材料的圓柱形體,材料最好是帶有長(zhǎng)纖維的絨線,被壓縮于內(nèi)保護(hù)層16和外保護(hù)層17之間。比如,吸音材料可由玻璃絲或礦物棉制成,也可使用其他陶瓷或合成纖維。包圍吸音材料的內(nèi)保護(hù)層16和外保護(hù)層17在端部通過圓形末端部分18連接在一起。在容器兩端的末端部分18和相對(duì)的連接片11的內(nèi)側(cè)之間,設(shè)置了通向管道15的一個(gè)孔口和一個(gè)出口。保護(hù)性吸音材料居中放置,并通過多個(gè)縱向延伸的分隔條19附著于容器內(nèi)側(cè)而固定于容器中。內(nèi)外保護(hù)層被布置得部分暴露出吸音材料,并由耐熱材料制成。保護(hù)層最好由穿孔不銹鋼板或耐腐蝕網(wǎng)制成。實(shí)驗(yàn)表明,引入氣體通過的管道15不會(huì)使吸音有任何明顯的退化。因此,與容器10內(nèi)部和吸音材料內(nèi)保護(hù)層16之間的吸音材料厚度相對(duì)應(yīng)的消音特性是非常期望的。
設(shè)置于容器10內(nèi)部的管道15的任務(wù)是允許部分流經(jīng)消聲器的熱廢氣通過。因?yàn)闊釟怏w的通過,容器內(nèi)側(cè)可達(dá)到150℃,這可以防止溶解于氣體中的液體凝結(jié)在容器內(nèi)側(cè)。被這樣加熱的內(nèi)側(cè)必須是隔熱的,使得從外側(cè)接觸系統(tǒng)時(shí)不會(huì)引起人員傷害。因此,溫度的目標(biāo)是55℃。出于這個(gè)原因,設(shè)置了溫度安全保護(hù)裝置27,以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)外側(cè)的溫度安全。
圖3顯示了包括在傳送系統(tǒng)中的被動(dòng)消聲器3。消聲器包括一個(gè)圓柱形容器20,其兩端都安置了一個(gè)錐形連接片21。一個(gè)最好是圓形的凸緣22固定于連接片上,用于和系統(tǒng)中的連接單元相連。容器20、連接片21和凸緣22用耐熱材料制成,如金屬,最好是不銹鋼。在容器20中設(shè)置了圓柱形傳送管24,其形成與凸緣22的內(nèi)側(cè)23相符的通道。管的末端與凸緣22的內(nèi)側(cè)相連,在容器20和傳送管24之間有一個(gè)圍成的容積25。在管24的一端設(shè)置了多個(gè)開口26,將容積25與氣體傳送管道相連。
設(shè)置于傳送管24中的開口26的總開口面積,與傳送管內(nèi)截面積的數(shù)量基本相等。開口被設(shè)置得沿切向延伸,這樣可限制其沿衰減器縱向的延伸。傳送管道截面積與被動(dòng)衰減器的容積25的截面積的比率應(yīng)該是相等的。如果減小該面積,消音效果將變差,頻率變窄。如果增加該面積,又會(huì)引起更大更多的寬帶效果。因此,只有所允許的總體積限制所得到的能力。以阻抗衰減器所用的同樣方式,在容器20外側(cè)設(shè)置了一個(gè)溫度安全保護(hù)裝置27。在容器內(nèi)側(cè),在調(diào)整后的容積25內(nèi)設(shè)置了一個(gè)隔熱體28,其也提供一定的消音功能。對(duì)于這個(gè)位置,外側(cè)隔熱的需要下降了,同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)更多的寬帶被動(dòng)衰減特性。
雖然很有利,但管道系統(tǒng)并不限于包括一個(gè)帶有圓形一圓柱形截面的管道系統(tǒng)。本發(fā)明可應(yīng)用于帶有多邊形截面的系統(tǒng)、以及縱向彎曲截面的系統(tǒng)。
雖然實(shí)驗(yàn)已表明由兩個(gè)被動(dòng)衰減器和一個(gè)阻抗衰減器組合成的模塊有非常好的消音特性,但一個(gè)被動(dòng)衰減器和兩個(gè)阻抗衰減器的組合在低頻區(qū)可產(chǎn)生顯著的消音效果。在這種情況下,總的阻抗長(zhǎng)度即反射衰減器的長(zhǎng)度為波長(zhǎng)的一半。因此反射衰減器呈現(xiàn)這樣的衰減特性在標(biāo)準(zhǔn)頻率(dimensioning frequency)處的衰減為零,但在頻率升高和降低時(shí),衰減大大增加。然而,包括在模塊中的四分之一波衰減器的衰減效果集中在標(biāo)準(zhǔn)頻率(dimensioning frequency)上。因此利用兩個(gè)衰減器之間的配合,可在一個(gè)很寬的頻帶上得到衰減效果。
通過實(shí)驗(yàn),還表明至少一個(gè)反射衰減器和至少一個(gè)被動(dòng)衰減器的每種組合都可提供較好的寬帶消音效果。需要決定的是被動(dòng)長(zhǎng)度與阻抗長(zhǎng)度的比率。為得到最好的效果,阻抗長(zhǎng)度和被動(dòng)長(zhǎng)度須基本相等。
在氣體傳送系統(tǒng)的孔口處,產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的反射波,一個(gè)壓力節(jié)點(diǎn)位于該處。根據(jù)本發(fā)明,通過放置一個(gè)孔口背離系統(tǒng)孔口的被動(dòng)衰減器(3f)來利用這種情形。也可同樣地安置被動(dòng)衰減器,使其孔口置于距系統(tǒng)孔口的四分之一波長(zhǎng)處,而衰減器背離系統(tǒng)的孔口延伸。
權(quán)利要求
1.一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用于消音的裝置,氣體介質(zhì)位于與聲源相連的入口和出口之間;傳送系統(tǒng)包括多個(gè)互連的管道部件(1-7),其形成至少一個(gè)模塊(8,9),模塊包括至少一個(gè)帶有阻抗長(zhǎng)度(a2,b2)的反射衰減器(4)和至少一個(gè)帶有被動(dòng)長(zhǎng)度(a1,a3,b1,b3)的被動(dòng)衰減器(3),其特征在于,阻抗長(zhǎng)度和被動(dòng)長(zhǎng)度基本相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置,其特征在于,至少一個(gè)模塊(8,9)由一個(gè)反射衰減器(4)和一個(gè)置于反射衰減器任一側(cè)的被動(dòng)衰減器(3)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置,其特征在于,阻抗長(zhǎng)度(a2,b2)與被動(dòng)長(zhǎng)度(a1,a3,b1,b3)的比率在0.85到1.15的間隔內(nèi)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,反射衰減器(4)包括一個(gè)容器(10),其中安置了一個(gè)吸收體(14),在容器和吸收體之間設(shè)置有一個(gè)管道,部分被傳送的氣體流經(jīng)該管道。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置,其特征在于,被動(dòng)衰減器(3)包括一個(gè)容器(20)和一個(gè)被容器包圍的傳送管(24),在容器和傳送管體之間圍成了一個(gè)容積(25),其橫截面積基本等于受傳送管限制的氣體傳送管道的橫截面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置,其特征在于,在傳送管(24)與圍成的容積(25)之間的開口(26)總面積基本等于管(24)的截面積。
7.一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用于一個(gè)頻帶內(nèi)消音的方法,傳送系統(tǒng)帶有多個(gè)互連的管道部件(1-7),在傳送系統(tǒng)中至少設(shè)置一個(gè)模塊(8,9),模塊包括至少一個(gè)帶有阻抗長(zhǎng)度(a2,b2)的反射衰減器(4)和至少一個(gè)帶有被動(dòng)長(zhǎng)度(a1,a3,b1,b3)的被動(dòng)衰減器(3),其特征在于,阻抗長(zhǎng)度構(gòu)成頻帶中心頻率的四分之一波長(zhǎng),而被動(dòng)長(zhǎng)度構(gòu)成頻帶上下限頻率之間一個(gè)頻率的四分之一波長(zhǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,至少設(shè)置一個(gè)帶有一反射衰減器(4)和一被動(dòng)衰減器(3)的模塊(8,9),反射衰減器有一個(gè)阻抗長(zhǎng)度,等于頻帶中心頻率的半波長(zhǎng),而被動(dòng)衰減器有一個(gè)被動(dòng)長(zhǎng)度,等于頻帶中心頻率的四分之一波長(zhǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,至少設(shè)置一個(gè)模塊(8,9),帶有一個(gè)反射衰減器(4a,4b),其一端連接一個(gè)第一被動(dòng)衰減器(3b,3d),另一端連接一個(gè)第二被動(dòng)衰減器(3c,3e);第一被動(dòng)衰減器有一個(gè)被動(dòng)長(zhǎng)度,等于頻帶下限頻率的四分之一波長(zhǎng),而第二被動(dòng)衰減器有一個(gè)被動(dòng)長(zhǎng)度,等于頻帶上限頻率的四分之一波長(zhǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用于消音的裝置,或根據(jù)權(quán)利要求6-8,用于實(shí)現(xiàn)氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中一個(gè)頻帶內(nèi)消音的方法,使用于船舶的排氣系統(tǒng)中。
全文摘要
一種在氣體介質(zhì)傳送系統(tǒng)中用于一個(gè)頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)消音的裝置和方法,傳送系統(tǒng)被置于一個(gè)與聲源相連的入口和一個(gè)出口之間。傳送系統(tǒng)包括多個(gè)互連的管道部件(1-7),并帶有至少一個(gè)模塊(8,9),模塊包括至少一個(gè)帶有阻抗長(zhǎng)度(a
文檔編號(hào)F01N7/02GK1247588SQ9718186
公開日2000年3月15日 申請(qǐng)日期1997年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者C·-G·約翰森, O·格特馬爾姆 申請(qǐng)人:Abb·弗拉克特有限公司
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