專利名稱：消音器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種消音器，尤其涉及這樣一種消音器，在該消音器中調節(jié)管的直徑和長度以改進消音器的降噪特征。
背景技術：
通常，消音器為用于降低由內燃機或通風設備產生的噪聲的設備。根據(jù)其工作原理，消音器可分類為膨脹型消音器、共振型消音器或吸收型消音器，在膨脹型消音器的結構中，噪聲從小直徑管擴散至大直徑管以便降低噪聲；在共振型消音器的結構中，噪聲通過多個形成于小直徑管中的孔從小直徑管擴散至寬共振腔室以便抵消噪聲；在吸收型消音器的結構中，消音器設置有吸音材料，吸音材料吸收噪聲從而降低噪聲。
將參考圖1描述傳統(tǒng)的膨脹型消音器的結構和工作原理。
傳統(tǒng)的膨脹型消音器包括第一筒形連接管10；筒形膨脹管50，其一端與第一連接管10相連通，該膨脹管50的橫截面積大于第一連接管10的橫截面積；以及第二筒形連接管30，其與該膨脹管50的另一端相連通。
消音器的降噪效率可由不同的值表示。通常，消音器的降噪效率可由傳輸損失(TL)表示，其用代數(shù)方法表示了通過消音器傳輸流體時輸入聲壓級與傳輸聲壓級的比值。
當?shù)谝贿B接管10和第二連接管30具有相同的橫截面積時，如圖1中所示的膨脹型消音器的傳輸損失(TL)可由以下方程式表示[方程式1]
TL=10log(1+14(m-1m)2sin2kL)]]>其中，m為第一連接管的橫截面積與膨脹管的橫截面積的比值，k為波數(shù)，而L為膨脹管的長度。
另一方面，膨脹管50與第一和第二連接管之間的連接區(qū)域通常設計成使得所述連接區(qū)域的橫截面積不會突然地改變，即使其逐漸地改變，從而使流阻最小化。當所述連接區(qū)域的形狀改變時，消音器的聲學特性也會改變。嚴格來說，以上方程式中的符號L并非膨脹管50的實際測量長度，而是通過加減膨脹管50的實際測量長度來從聲學上轉化得到的長度。
特別地，方程式1中的符號L是指根據(jù)膨脹管50的具體應用形狀、由實際測量長度修正得到的聲學長度。此處，對于本發(fā)明所屬領域的普通技術人員來說，計算聲學長度的方法眾所周知，因此將不給出對其的詳細說明。
如圖1所示，L表示的并非實際膨脹管50的相對兩端之間的距離，而是從膨脹管50的相對兩端向相應連接區(qū)域的特定位置延伸的點之間的距離。
在方程式1中，當sin2kL為1時TL取得最大值。因此，當滿足以下條件時，傳輸損失(TL)最大[方程式2]kL=nπ2,n=1,3,5,...]]>在以上方程式中，滿足k=2πλ]]>的關系(λ為輸入聲源的波長)，因此以上方程式可由以下方程式表示[方程式3]L=λ4n,n=1,3,5,...]]>由以上方程式可看到，當膨脹管50的長度為λ/4的奇數(shù)倍時，消音器的傳輸損失(TL)最大。
因此，在設計消音器時，計算目標頻帶處的波長λ以便在特定工作條件中可在目標頻帶處具有最大降噪效率，并且膨脹管50的長度L根據(jù)方程式3而定。
然而，具有上述構造的傳統(tǒng)消音器所具有的問題在于，由于連接至消音器的管的共振模式的原因，當流體經過消音器時被截除的目標頻帶噪聲重新增加。
此外，傳統(tǒng)消音器所具有的問題在于，當在消音器中安裝另外的消音裝置時，根據(jù)目標頻帶設計的膨脹管的尺寸就變得沒有意義。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明旨在提供一種消音器，其基本上消除了由于現(xiàn)有技術的局限性和缺點而引起的一個或多個問題。
本發(fā)明的其它優(yōu)點、目的和特征將在下述說明書中部分地描述，并且對于本領域的普通技術人員而言，在研究了下述內容之后將部分地變得清楚，或者其可以從本發(fā)明的實踐中獲知。通過在所撰寫的說明書、其權利要求書以及附圖中所特別指出的結構，可以實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點。
為了實現(xiàn)這些目的及其它優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的意圖，正如此處具體實施和概括描述的，消音器包括第一筒形連接管，其用于引導流體流動；筒形膨脹管，其一端與該第一連接管相連通用以引導流體流動，該膨脹管的橫截面積大于該第一連接管的橫截面積；以及第二筒形連接管，其與該膨脹管的另一端相連通用以引導流體流動，該膨脹管的長度(L)根據(jù)該第一連接管或第二連接管的直徑(D)而定。
優(yōu)選地，第一連接管或第二連接管的直徑(D)和膨脹管的長度(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中m和n為任意奇數(shù)。
優(yōu)選地，第一連接管或第二連接管的直徑(D)和膨脹管的長度(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，l為任意正數(shù)。
消音器還可以包括安裝于膨脹管中用以除去噪聲的消音裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一個方案，消音器包括第一筒形連接管，其用于引導流體流動；筒形膨脹管，其一端與第一連接管連通用以引導流體流動，該膨脹管的橫截面積大于該第一連接管的橫截面積；第二筒形連接管，其與該膨脹管的另一端連通用以引導流體流動；以及至少一個消音裝置，其安裝于該膨脹管中用以從膨脹管除去噪聲，該第一連接管與所述至少一個消音裝置之間的相對端長度、和所述至少一個消音裝置與該第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)根據(jù)第一連接管或第二連接管的直徑(D)而定。
優(yōu)選地，該第一連接管與所述至少一個消音裝置之間的相對端長度、和所述至少一個消音裝置與該第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中m和n為任意奇數(shù)。
優(yōu)選地，第一連接管或第二連接管的直徑(D)、及第一連接管與至少一個消音裝置之間的相對端長度和至少一個消音裝置與第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，l為任意正數(shù)。
優(yōu)選地，至少一個消音裝置為利用共振除去特定頻率噪聲的共振型消音裝置。
優(yōu)選地，共振型消音裝置包括穿孔部，其沿圓周方向延伸同時與膨脹管隔開預定距離，該穿孔部具有一個或多個通孔；共振部，其具有限定在膨脹管的內壁和穿孔部之間的預定空間；側壁部，其分別設置在該穿孔部的相對兩端，所述側壁部連接至該膨脹管以使該共振部構成封閉的空間。
優(yōu)選地，至少一個消音裝置包括多個消音裝置，所述多個消音裝置均安裝于該膨脹管中以使所述多個消音裝置彼此隔開預定距離，并且第一連接管或第二連接管的直徑(D)和相應消音裝置之間的距離(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中m和n為任意奇數(shù)。
優(yōu)選地，第一連接管或第二連接管的直徑(D)和相應消音裝置之間的距離(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，1為任意正數(shù)。
應該理解的是，本發(fā)明的前述一般說明和下面的詳細說明均為示范性和解釋性的，并且旨在對所請求保護的本發(fā)明提供進一步的解釋。


所包含的附圖提供對本發(fā)明的進一步理解，其被并入到本申請中并構成本申請的一部分，所述附圖示出了本發(fā)明的具體實施例并與文字說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1為剖面圖，其示出了傳統(tǒng)消音器；圖2為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的消音器；圖3為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的消音器；圖4為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的消音器；圖5為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的消音器；圖6為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第五實施例的消音器；以及圖7為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第六實施例的消音器。
具體實施例方式
現(xiàn)在將詳細地參考本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其實例在附圖中示出。只要可能，在所有附圖中將使用相同的附圖標記來表示相同或相似的部件。
首先，參考圖2詳細地描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的消音器的基本結構。
圖2為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的消音器。類似于傳統(tǒng)消音器，根據(jù)本發(fā)明的消音器包括第一連接管110，其用于引導流體流動；筒形膨脹管150，其一端與第一連接管110連通以便引導流體流動，該膨脹管150具有大于第一連接管110的橫截面積；以及第二筒形連接管130，其與膨脹管150的另一端相連通以便引導流體流動。
第一連接管110、膨脹管150和第二連接管130形成為筒形形狀。
圖3為剖面圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的消音器。本實施例的特征在于圖2中所示的消音器中安裝有消音裝置。
具體而言，該消音裝置安裝于膨脹管150中以便從該膨脹管150除去噪聲。在本實施例中，消音裝置為利用共振除去特定頻率噪聲的共振型消音裝置170。消音裝置可由用于吸收噪聲的吸聲材料制成。此外，消音裝置可構造成其它不同的形式。
共振型消音裝置170包括穿孔部171，該穿孔部171沿圓周方向延伸同時與膨脹管150隔開預定距離，穿孔部171具有一個或多個通孔；共振部173，其限定于該膨脹管150的內壁與穿孔部171之間具有預定間距；以及側壁部175，其分別設置在穿孔部171的相對兩端，所述側壁部175連接至膨脹管150以使共振部173構成封閉的空間。
共振型消音裝置170為這樣一種設備，其用于減少頻率與共振頻率相同的聲源的噪聲，該共振頻率根據(jù)共振部173的容積、穿孔部171中形成的通孔的尺寸和數(shù)量以及流體的物理性能而定。具體而言，共振型消音裝置170使用亥姆霍茲共振器(Helmholtz resonator)的原理。根據(jù)本發(fā)明的消音器包括帶有上述構造的共振型消音裝置170，因而其可以根據(jù)消音器的形狀來控制噪聲，并且，此外，其還可以除去頻率與共振型消音裝置170的共振頻率相同的噪聲。
在下文中，將詳細描述如圖2和3中所示的消音器的噪聲除去的設計原理。
如前所述，一般膨脹型消音器的傳輸損失(TL)由方程式1表示。
然而，當消音裝置安裝于膨脹管150中時，側壁部175處的邊界條件就被改變。實驗顯示在以下條件中傳輸損失(TL)最大[方程式4]2kL=nπ2,n=1,3,5,...]]>以上方程式可通過以下方程式表示[方程式5]k=(nπ4)/L,n=1,3,5,...]]>另一方面，通?？刂撇钸\動的波動方程式，由以下方程式表示 ▿2p-1c2∂2p∂t2=0]]>其中，p為聲壓級，而c為聲速。
另一方面，時間因數(shù)在柱面坐標系中與聲壓級p分離，該聲壓級p可由以下方程式表示[方程式7]p(r，φ，z)＝R(r)Φ(φ)Z(z)其中，R(r)為聲壓級的徑向分量，Φ(φ)為聲壓級的圓周分量，而Z(z)為聲壓級的軸向分量。
假設kr＞＞1，則R(r)可由以下方程式表示[方程式8]R(r)=A22πkrcos(kr-π/4)]]>在R(r)＝0的條件下，徑向模式滿足以下方程式[方程式9]kr-π/4=mπ2,m=1,3,5,...]]>半徑r為D/2，因而方程式9可由以下方程式表示[方程式10]k=(mπ+12π)/D,m=1,3,5,...]]>最后，方程式5與方程式10之間的關系滿足以下方程式[方程式11]L=n4m+2D,m,n=1,3,5,...]]>具體而言，當消音器設計成使得膨脹管的長度L和連接管的直徑D滿足方程式11時，在連接至膨脹管150的連接管110和130處就滿足徑向模式條件，同時保持消音器的降噪效率。
連接管的直徑D可為第一連接管110或第二連接管130的直徑D。然而，優(yōu)選地，連接管的直徑D為第二連接管130的直徑，由此有效地防止由于第二連接管130的共振引起的、由經過膨脹管150的流體產生的噪聲再增加。
另一方面，當在改變方程式11中的m和n時尋找L與D之間的簡單關系時，L/D可為1/2、3/2、5/2、7/2…。這種關系可由以下方程式表示[方程式12]L=(l-12)D,l=1,2,3,...]]>在圖2所示的消音器中，根據(jù)以上導出的方程式的結果，膨脹管的長度L以及第一連接管和第二連接管的直徑D具有由方程式11表示的關系。因此，滿足消音器的衰減條件和連接管處的徑向模式條件。優(yōu)選地，將消音器設計成滿足方程式12，該方程式12比其它方程式更簡單。
另一方面，圖3所示的消音器中包括共振型消音裝置170。因此，消音器被設計成使得L1和L3滿足方程式11或方程式12。共振型消音裝置170的長度L2根據(jù)共振型消音裝置170需要除去的特定頻率而定。共振型消音裝置170的共振頻率根據(jù)共振型消音裝置170的長度、穿孔部171的通孔的尺寸和設置方式而定。因此，根據(jù)實際上產生大量噪聲的頻率，通過調節(jié)以上限定的因數(shù)來設計消音器。
因此，除去根據(jù)膨脹管150的長度L而定的特定頻率噪聲，同時，在L1和L3部分中滿足第一連接管110和第二連接管130的模式條件，由此有效地防止由于第一連接管110和第二連接管130引起的共振，并且在L2部分，即共振型消音裝置170中，除去與目標頻率相對應的噪聲。
在下文中，將參考圖4和5詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的第三和第四實施例的消音器。
圖4示出了圖3所示的消音器的一種改型。如圖4所示，消音器被構造成這樣一種結構，其中共振型消音裝置270直接連接至第一連接管210，而第二連接管230安裝在膨脹管250中。
第二連接管230具有朝向膨脹管250伸出的延伸管231。
在上述結構中，沒有設置嵌件的未占用空間的長度L2滿足以下方程式[方程式13]L2=n4m+2D,m,n=1,3,5,...]]>
方程式13可由以下簡化的方程式表示[方程式14]L2(l-12)D,l=1,2,3,...]]>圖5示出了以這樣一種結構構造的消音器，其中不同于圖4所示的消音器，第二連接管240沒有延伸管。
即使在這種結構中，消音器也被設計成使得沒有設置嵌件的未占用空間的長度L2滿足方程式13和方程式14。
同時，圖4和圖5所示的消音器的特征在于第一連接管110的直徑不同于第二連接管的直徑。因此，優(yōu)選地，消音器根據(jù)第二連接管的直徑D設計，以便有效地防止由于連接管的共振引起的、由經過該消音器的流體產生的噪聲再增加。
在下文中，參考圖6和圖7詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的第五和第六實施例的消音器。
圖6和圖7中所示的消音器各包括第一連接管310、膨脹管350和第二連接管330。在膨脹管350中，安裝有嵌件371、373；381、382、385，例如消音裝置。
參看圖6，嵌件371和383可為諸如共振型消音裝置之類的消音裝置。此外，嵌件371和383可構造成其它不同的形式。即使在這種情況下，消音器也被設計成使得沒有設置嵌件的未占用部分的長度L1、L3和L5滿足方程式11和方程式12。
另一方面，圖7所示的消音器被設計成使得沒有設置嵌件的未占用部分的長度L1、L3、L5和L7滿足方程式11和方程式12。
對于本發(fā)明所屬領域的技術人員來說，顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以在本發(fā)明中進行各種修改和變化。因此，這意味著，本發(fā)明覆蓋在所附權利要求書及其等同范圍內的所有修改和變化。
由以上說明書顯而易見，本發(fā)明具有以下效果。
第一，膨脹管的長度根據(jù)連接至消音器的管的直徑而得以優(yōu)化。因此，可以防止由連接至消音器的管所引起的共振，從而改進消音器的降噪效率。
第二，當消音裝置安裝于膨脹管中時，膨脹管的長度根據(jù)消音裝置而定。因此，可以通過使用消音裝置進一步降低噪聲。
權利要求
1.一種消音器，包括第一筒形連接管，其用于引導流體流動；筒形膨脹管，其一端與該第一連接管相連通用以引導流體流動，該膨脹管的橫截面積大于該第一連接管的橫截面積；以及第二筒形連接管，其與該膨脹管的另一端相連通用以引導流體流動，其中該膨脹管的長度(L)根據(jù)該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)而定。
2.根據(jù)權利要求1所述的消音器，其中該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)和該膨脹管的長度(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中，m和n為任意奇數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的消音器，其中該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)和該膨脹管的長度(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，l為任意正數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的消音器，還包括消音裝置，其安裝于該膨脹管中用以除去噪聲。
5.一種消音器，包括第一筒形連接管，其用于引導流體流動；筒形膨脹管，其一端與該第一連接管相連通用以引導流體流動，該膨脹管的橫截面積大于該第一連接管的橫截面積；第二筒形連接管，其與該膨脹管的另一端相連通用以引導流體流動；以及至少一個消音裝置，其安裝于該膨脹管中用以從該膨脹管除去噪聲，其中該第一連接管與所述至少一個消音裝置之間的相對端長度和所述至少一個消音裝置與該第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)根據(jù)該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)而定。
6.根據(jù)權利要求5所述的消音器，其中該第一連接管與所述至少一個消音裝置之間的相對端長度和所述至少一個消音裝置與該第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中m和n為任意奇數(shù)。
7.根據(jù)權利要求6所述的消音器，其中該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)、及該第一連接管與所述至少一個消音裝置之間的相對端長度和所述至少一個消音裝置與該第二連接管之間的相對端長度中的至少一個長度(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，l為任意正數(shù)。
8.根據(jù)權利要求5至7中任一項所述的消音器，其中所述至少一個消音裝置為利用共振除去特定頻率噪聲的共振型消音裝置。
9.根據(jù)權利要求8所述的消音器，其中所述共振型消音裝置包括穿孔部，其沿圓周方向延伸同時與該膨脹管隔開預定距離，該穿孔部具有一個或多個通孔；共振部，其具有限定在該膨脹管的內壁與該穿孔部之間的預定空間；以及側壁部，其分別設置在該穿孔部的相對兩端，所述側壁部連接至該膨脹管以使該共振部構成封閉的空間。
10.根據(jù)權利要求5至7中任一項所述的消音器，其中所述至少一個消音裝置包括多個消音裝置，所述多個消音裝置安裝于該膨脹管中以使所述消音裝置彼此隔開預定距離；并且該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)和相應消音裝置之間的距離(L)滿足以下方程式L=n4m+2D]]>其中m和n為任意奇數(shù)。
11.根據(jù)權利要求10所述的消音器，其中該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)和相應消音裝置之間的距離(L)滿足以下方程式L=(l-12)D]]>其中，l為任意正數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有改進的降噪特征的消音器。該消音器包括第一筒形連接管，其用于引導流體流動；筒形膨脹管，其一端與該第一連接管相連通用以引導流體流動，該膨脹管的橫截面積大于該第一連接管的橫截面積；以及第二筒形連接管，其與該膨脹管的另一端相連通用以引導流體流動。該膨脹管的長度(L)根據(jù)該第一連接管或該第二連接管的直徑(D)而定。根據(jù)本發(fā)明，防止了由連接至消音器的管所引起的共振，從而改進了消音器的降噪效率。
文檔編號F04D29/66GK101016853SQ200710006220
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月7日 優(yōu)先權日2006年2月7日
發(fā)明者裴成元, 許德 申請人:Lg電子株式會社