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流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法及装置

基本信息

  • 申请号 CN00121832.8 
  • 公开号 CN1282834A 
  • 申请日 2000/07/28 
  • 公开日 2001/02/07 
  • 申请人 王冲 王阳  
  • 优先权日期  
  • 发明人 王冲 王阳  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 518067广东省深圳蛇口工业区招商路北14-402 
  • 分类号  
  • 专利代理机构  
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人  
  • 有效性 失效 
  • 法律状态 撤回
  •  

摘要

本发明提供了一种在流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法、装置和实用的消声器。
所述的方法和装置,是在流道内装入导流罩,使沿着流道中心轴线平行方向流动的流体转变流动方向及分割成为多股小支流,并使多股小支流至某一夹角及同时向心或相反方向地向着特定纵向对称面两侧流动和直接相互撞击或撞击到下一级导流罩的外侧壁面上,或是相反方向地同时离心或背离特定纵向对称面流动并撞击到下一级导流罩或流道的内侧壁面上。
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权利要求书

1.一种在流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法,其特 征在于: 使流道内沿流道中心轴线平行方向流动的流体,转变流向和转变成 为多股小支流; 使上述的多股小支流与流道中心轴线或特定纵向对称面呈某一夹角 并同时向心或相反方向地向着特定纵向对称面两侧流动和相互直接撞击 或撞击到某个固体表面上,或是呈某一夹角并相反方向地同时离心或背 离特定纵向对称面流动和撞击到某个固体表面上; 使多股小支流在垂直于流道中心轴线或特定纵向对称面的横截面上 的动能分量合力为零或接近于零。
2.实现权利要求1所述方法的一种装置,其特征在于: 在流体流经的某一段流道内装入一级或多级薄壁型导流罩; 导流罩的几何中心轴线或特定纵向对称面与该段流道的中心轴线或 相应的纵向对称面相重合; 垂直于几何中心轴线或特定纵向对称面的导流罩横截面为对称的平 面几何图形; 导流罩壁上开有让流体从导流罩壁的一个侧面流向另一侧面的多个 流通孔; 每级导流罩壁面上的全部流通孔总面积的全部或绝大部分,均位于 通过几何中心轴线的或垂直于特定纵向对称面的导流罩纵剖面轮廓线直 线段的延伸线或弧线段的切线,与导流罩的几何中心轴线或特定纵向对 称面的夹角α≤|45°|及其对顶角范围内的导流罩壁面上。
3.按照权利要求2所述的装置,其特征在于: 导流罩壁面上开有的多个流通孔的优选构形和优选排列方式为,同 一横排的每个流通孔的形状相同,大小相等,形心均位于同一个垂直于 几何中心轴线或特定纵向对称面的导流罩横截面轮廓线上,并且各个流 通孔纵向均匀对称排列; 相邻导流罩位于横向相互套叠部位的壁面上的流通孔位置纵向相互 对称均匀交错,横向相互偏移适当的距离。
4.按照权利要求2所述的装置,其特征在于: 每个导流罩壁面上的全部流通孔总面积的全部或绝大部分,所处的 优选位置是,位于通过几何中心轴线的或垂直于特定纵向对称面的导流 罩纵剖面轮廓线直线段的延伸线或弧线段的切线,与导流罩的几何中心 轴线或特定纵向对称面夹角α≤|30°|及其对顶角范围内的导流罩壁面 上。
5.一种将权利要求2所述的装置应用于衰减脉动流体的脉动动能而 制成的消声器,其特征在于: 导流罩的几何中心轴线与所处段流道的中心轴线相重合; 导流罩的一端向心封闭,另一端的外侧壁面与流道内侧壁面相连接 和封闭; 通过几何中心轴线的导流罩纵剖面向心封闭端的轮廓线为流线型; 导流罩的与几何中心轴线相垂直的横截面轮廓线为平面对称图形。
6.一种将权利要求2所述的装置应用于衰减脉动流体的脉动动能而 制成的消声器,其特征在于: 导流罩的特定纵向对称平面至导流罩两边侧壁的距离相等,该特定 纵向对称平面与所处段流道的相应纵向对称平面相重合; 导流罩的一端朝向特定纵向对称平面封闭,另一端的外侧壁面与流 道内侧壁面相连接和封闭; 薄壁型导流罩的形状与薄壁型拱门的形状相似; 导流罩两侧的拱门开口端与流道内侧壁面紧密连接。
7.一种将权利要求2所述的装置应用于衰减脉动流体的脉动动能而 制成的消声器,其特征在于: 导流罩的几何中心轴线与所处段流道的中心轴线相重合; 导流罩的一端向心封闭,另一端的外侧壁面与流道内侧壁面相连接 和封闭; 薄壁型导流罩是圆锥形,或是圆锥形和扩径圆筒形的组合。
8.一种将权利要求2所述的装置应用于净化内燃机排气和衰减内燃 机排气脉动动能而制成的催化净化消声器,其特征在于: 导流罩的几何中心轴线与所处段流道的中心轴线相重合; 薄壁型导流罩是圆筒形,也可以改用扩径圆筒形; 第一级导流罩(5)的下游端用导流封口件(14)封闭,该封口件同 时将第二级导流罩(6)的一端封闭,导流罩(6)的另一端由前封口件 (15)封闭。
9.按照权利要求8所述的内燃机催化净化排气消声器,其特征在于: 第一级导流罩(5)的内外侧壁面以及流通孔(5a)壁面上都涂覆有 净化催化剂(18); 第一级导流罩(5)下游端的导流封口件(14)是向流道上游方向凸 出的圆锥形薄壁构件。
10.按照权利要求5、6、7或8所述的消声器,其特征在于: 可以将消声器下游端的流体排出管改造成为薄壁型导流罩式流体排 出管(9),这就是将常用的流体排出管的上游端封闭,并在位于消声器 壳体(3)内部的一段流体排出管侧壁上对称地开有多个流通孔(9c); 位于横向相互套叠部位的导流罩式流体排出管壁上的流通孔(9c)与 相邻导流罩壁上的流通孔位置相互均匀对称交错。
11.一种将权利要求2所述的装置应用于高压气体降压排放而制成的 消声器,消声器的结构可采用权利要求5、6或7的构型,其特征在于: 气体排出管的横截面积大于气体流入管的横截面积; 消声器的上下游位置可以互换。
12.一种将权利要求2所述的装置应用于衰减由流道内的脉动源引起 的流体脉动动能,其特征在于: 在脉动源的上游流道和下游流道内,各装入一级或多级壁面上开有 多个流通孔的薄壁型导流罩。
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说明书

本发明涉及在流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法及 其装置,以及按照该装置的构造制成的消声器。
长期以来,人们为了减少高压和脉动流体的排放噪声而安装的消声 器所采用的实用消声方法如下: 1)多次地变动流体的流动方向; 2)重复地使流体通过收缩而又扩大的断面; 3)将流体分割成为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动; 4)使高温、高压流体在流道内冷却及膨胀; 5)在流道内装入多孔材料,以耗散和吸收脉动动能。
此外,人们根据强度和脉动频率相等而脉动方向相反的多股脉动流 体相叠加时会互为衰减脉动动能的相干波干涉原理来尝试制造实用的消 声器,以期使所制成的消声器体积更小、流阻系数更低,同时获得更好 的消声效率。
在美国专利US05693918、US05619020、US05600106、 US05541373和中国专利申请号92217739及89210652之中,均涉及 了采用传感器检测内燃机转速和排气脉冲,检测到的数值被输送到电子 控制和放大装置,然后用扬声器发出和脉动排气的强度及频率相同、相 位相反的声波,并使之与排气脉冲叠加,从而使排气的脉动动能得到衰 减,达到降低发动机排气噪声的目的。
此类降噪方法的主要缺点在于需 要为扬声器设置专门的扬声器室,因而导致该类型的消声器占用空间 大,空间布置较为困难,在恶劣环境下工作时可靠性较差,并且需要消 耗额外的能量来实现消声功能。
在中国专利申请号93236371、93202078和85205813中,均是将 脉动气流分解成为两股气流并使之对冲,所述的消声器构造若用来实现 脉动排气的多级降噪,则会导致消声器的结构复杂,成本上升,并且不 利于小型化和降低排气背压。
此外,上述各类型的消声器的一个共同的缺点是,它们都不适用于 高温高压连续气流的降压排放,也不适用于衰减液态流体的脉动动能。
本发明的目的是在相干波相互干涉原理的基础上,提供一种在流道 内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的实用的方法;为此,本发明还 提供一种用以实现该方法的装置,以及根据本装置的构造而制成的几种 构型的消声器。
为达到上述目的,本发明采用的方法是使流道内沿着与流道中心轴 线平行方向流动的流体,转变流向和转变成为多股小支流;使多股小支 流与流道中心轴线或流道的一个特定纵向对称面呈某一夹角和同时向心 或同时相反方向地向着该特定纵向对称面的两侧流动和相互直接撞击, 或是同时向心或相反方向地向着该特定纵向对称面的两侧流动时撞击到 下一级导流罩的外侧壁面,或是以某一角度并相反方向地同时离心或同 时背离纵向对称面流动及撞击到下一级导流罩或流道的内侧壁面上;并 使多股小支流在垂直于流道中心轴线或特定纵向对称面的横截面上的动 能分量合力为零或接近于零。
为了实现本发明所述的方法,本发明采用在流体流经的某一段流道 内装入一级或多级薄壁型导流罩而构成的装置。
在绝大多数情况下,导 流罩的构形为一端向心封闭,另一端的外侧壁面与流道内侧壁面相连接 和封闭,其形状是类似于导弹或火箭头部的薄壁构件。
导流罩的几何中 心轴线或导流罩的特定纵向对称面与该段流道的中心轴线或相应的纵向 对称面相重合。
垂直于该段几何中心轴线或纵向对称面的导流罩横截面 为对称的平面几何图形,例如圆形、椭圆形、扁圆形或圆角矩形,甚至 可以是圆环形或等边的几何图形。
每个导流罩壁上都开有让流体从导流 罩壁的某一侧面流向另一侧面的多个流通孔,流通孔的优选构形及其在 导流罩壁面上的优选排列方式是,同一横排的各个流通孔的形状和大小 均相等,并且该排流通孔的形心均位于同一个垂直于几何中心轴线或纵 向对称面的导流罩横截面壁上,流通孔纵向均匀对称排列。
相邻导流罩 位于相互横向套叠部位壁面上的流通孔纵向相互对称均匀交错,横向相 互偏移适当的距离。
每个导流罩壁面上全部流通孔的总孔洞面积的全部 或绝大部分,均位于通过中心轴线的纵向剖面或位于与特定纵向对称面 相垂直的纵向剖面导流罩轮廓线直线段的延伸线或弧线段的切线,与导 流罩的几何中心轴线或特定纵向对称面夹角α≤|45°|及其对顶角范围 内的导流罩壁面上,流通孔放置的优选位置是在上述定义下的夹角α≤ |30°|及其对顶角范围内的导流罩壁面上。
本发明还给出了几个根据上述装置的构型而制造的采用上述方法消 声的消声器范例,所述的消声器实施例里的薄壁型导流罩是根据其所处 流道的不同几何形状而选用不同的三维几何构形。
按照本发明所述装置的构造制成的消声器易于在有限的空间内装入 多个/多级薄壁型导流罩,从而能够实现高压连续流体的多级降压以及脉 动流体的多级脉动动能衰减;制成的装置及消声器对流体内包含的无论 是低频还是高频的脉动动能都能够实现良好的衰减;无须消耗额外的能 量来衰减脉动流体的脉动动能;制成的消声器能够避免现有的消声器因 内部横向瞬时非均衡受力而可能导致的壳体颤动引发的二次噪声;该类 型的消声器具有较大的适用范围,既可应用于高压连续气流的降压排 放,可以应用于高压脉动气流的脉动动能衰减,也可以应用于衰减液态 流体的脉动动能;采用本发明所述方法来使高压流体降压和衰减流体脉 动动能的消声器,在其外形的变化以适应摆放位置、体积大小、流阻系 数、消声效率和价格性能比等几个方面与现有的消声器相比,明显具有 良好的综合性能指标。
将本发明所述的消声器用作为往复式内燃机的排 气消声器时,与内燃机原有的排气消声器相比,在两者的外形、体积和 排气背压都基本相等的条件下,排气噪声降低3至7dB。
另外,采用本 发明方法消声和应用本发明装置构型制成的内燃机催化净化排气消声器 还具有易于小型化以及能够使其内部涂覆的催化剂的全部面积均处于高 效的催化净化状态等优点。
下面以非限定的方式给出4个实施例,并结合其附图,对本发明所 述的方法、装置和制成的消声器作进一步的详细说明。
图1是圆筒形流道消声器的经过几何中心轴线的纵剖面图。
图2、图3和图4分别是图1所示消声器的A-A、B-B和C-C三个 横截面图。
图5是扁圆筒形流道消声器的通过横截面短对称轴的纵剖面图。
图6和图7是图5所示消声器的D-D和E-E横截面图。
图8是图5所示消声器的F-F剖面图,也就是通过该消声器横截面 长对称轴的纵剖面图。
图9是扩径圆筒形流道消声器的经过几何中心轴线的纵剖面图。
图10和图11分别是图9所示消声器的G-G和H-H横截面图。
图12是利用薄壁型导流罩构型制成的内燃机排气催化净化消声器 的经过几何中心轴线的纵剖面图。
图13和图14分别是图12所示催化净化消声器的I-I和J-J横截面 图。
图1是本发明涉及的一种圆筒形流道消声器的纵剖面图,该剖切面 经过流道的几何中心轴线。
消声器由流体流入管1,前盖2,消声器外 壳3,定位件4,第一级导流罩5,第二级导流罩6,第三级导流罩7, 后盖8和流体排出管9等零部件组成,各级导流罩壁面上分别开有流体 流通孔5a、5b、6b和7b。
在此,消声器外壳内侧面包围的区域就是流 体流经的一段流道。
各级导流罩的几何中心轴线与流道的中心轴线相重 合,参见图1、图2、图3和图4。
在以下的说明中,将迎向流体流入的一端称之为消声器或其零部件 的上游端,将流体流出的一端称为下游端,从而将最先迎向流动流体的 导流罩称为第一级导流罩,其后的依次称为第二级导流罩,第三级导流 罩……,每个消声器内设置的导流罩的级数主要取决于所要求的消声量 和流阻系数大小两者之间的综合平衡。
在本实施例中,各级薄壁型导流罩的上游端均朝向中心轴线向心地 自行封闭,形状是类似于导弹或火箭头部的流线型薄壳构造,以减少流 体的流动阻力。
导流罩下游端的外侧壁面与消声器外壳3的内侧壁面相 互密封焊接,参见图1。
如图1所示,消声器3的内部由薄壁型导流罩5、6和7从上游端 向下游端依次顺序分隔成为膨胀室10,第一干涉室11,第二干涉室12 和第三干涉室13。
流体经过穿通前盖2的流体流入管1进入消声器3内,并在膨胀室 10内膨胀或减缓流速,而导流罩的三维几何形状则使沿流道中心轴线平 行方向流动的流体流向发生偏转,流体然后穿过第一级导流罩5壁面上 的流通孔5a和5b,转变成为多股小支流,并对称地与流道中心轴线呈 某一夹角地同时向心流动。
第一级导流罩5靠近上游端的前半部分罩壁 面上的流通孔5a采用多个小孔径孔洞沿横截圆周面密集均匀对称环绕 排列的构型,穿越5a的小支流在第一干涉室11内向心直接相互撞击、 膨胀或减缓流速。
由于第一级导流罩5靠近下游端的后半部分与下一级导流罩6的前 半部分横向相互套叠,为尽可能避免或减少发生流体直接穿越而导致降 低消声效率,即穿越5b的小支流未能在第一干涉室11内相互反向环绕 撞击到第二级导流罩6的外壳壁面上并发生反射、溅射及互耗脉动动能 以膨胀及减缓流速,而是直接穿越过导流罩6的流通孔6b进入到第二 干涉室12,因此第一级导流罩5壁面上的流通孔5b应该与第二级导流 罩6壁面上的流通孔6b纵向相互对称环绕均匀交错,并且流通孔5b和 6b均应采用较大孔径的孔洞,以确保有足够大的流通孔总孔洞面积和减 少流体通过的阻力。
同理,第二级导流罩6和第三级导流罩7相互横向 套叠部位壁面上所开的孔洞6b和7b也采用较大孔径,并且纵向相互对 称环绕均匀交错,如图3的B-B横截面图所示。
为了避免或减少流体的 直接穿越效应,各级相邻导流罩在横向相互套叠部位壁面上开设的流通 孔5b、6b和7b还应在横向位置上相互交错和偏移适当的距离,如图1 所示。
流体在穿越每一级导流罩壁面上的流通孔和进入到下一级干涉室 时,都与流体穿越第一级导流罩5壁面上的流通孔进入到第一干涉室11 一样,都再次被分割成为多股小支流,并接着发生撞击、溅射、膨胀或 减缓流速,直至最后经过流体排出管9流出消声器。
从图1所示的消声器可见,各级导流罩壁面上的流通孔均开设在通 过消声器中心轴线的纵剖面轮廓线直线段的延伸线或弧线段的切线,与 导流罩中心轴线的夹角α≤|45°|范围内的导流罩壁面上,也可以开设 在α的对顶角范围内的壁面上。
显然该夹角越小,流过各个流通孔的小 支流的径向动能分量越大,而其轴向动能分量则越小。
由于各个导流罩 壁面上同一横排的各个流通孔形状相同,大小相等,形心位于同一个横 截面壁上,并且是纵向对称均匀环绕排列,故可使流经的流体径向动能 分量合力为零。
在上述的条件下,各条小支流的径向动能分量越大,消 声的效果越好。
在本实施例中,还可以选择将消声器的排出管改造成为导流罩式流 体排出管9,这就是将普通的流体排出管的上游端封闭,将排出管位于 消声器内的部分延长,并在管的侧壁上按照上述导流罩壁面上开孔的方 法对称地开出多个孔洞9c,从而增加多一级消声功能。
流体排出管9壁 面上的流通孔9c与相邻的导流罩7壁面上的流通孔7b之间的相互位置 关系与两个相邻的导流罩壁面上流通孔的相互位置关系一样,以避免或 尽量减少流体的直接穿越效应为准则,参见图1和C-C横截面图4。
消声器3中的定位件4用来将第一级导流罩5的前端加以固定,以 确保导流罩5的几何中心轴线与消声器壳3的中心轴线相重合,避免导 流罩的前端位置偏移并在高压流体的冲击下引发鸣笛声。
本例所述消声 器内的定位件4的前端还弯折形成固定旋翼片,参见图1和A-A横截面 图2,旋翼片使流经的流体发生绕轴旋转,有利于使流到5b旁边壳面上 的流体也能顺利流过5b,从而可以降低流阻。
当消声器内的流道横截面为各种形状的平面对称几何图形,例如圆 形、椭圆形、扁圆形、圆角矩形或等边多边形,并且该平面对称几何图 形上相互垂直的长、短两条对称轴的长度之比较小,例如小于1.8时, 薄壁型导流罩的横截面轮廓可以选用相同的平面对称几何图形,流道横 截面与导流罩横截面相互之间也可以选用上述各种平面对称几何图形的 组合。
图5是本发明涉及的第二种消声器的经过流道横截面图形对称短轴 切割出的纵剖面图,消声器由流体流入管1、前盖2、消声器外壳3、第 一级导流罩5、第二级导流罩6、第三级导流罩7、后盖8和两根流体排 出管9等零部件组成,各级导流罩壁面上分别开有流体流通孔5b、6b 和7b。
消声器3的横截面是扁圆形,也可以是椭圆形、圆角矩形或是其 它的横截面具有两条相互垂直对称轴的图形。
该平面对称几何图形的 长、短两条对称轴互相垂直并且两轴的长度之比较大,例如大于2。
本实施例中,各级薄壁型导流罩的上游端均朝向特定纵向对称平面 自行封闭,下游端的外侧壁面与消声器3的内侧壁面相连接和封闭。
平 行于通过横截面图形短对称轴作出的纵向平面的导流罩纵剖面上游端轮 廓线为流线型,参见图5。
整个导流罩的构形与薄壁型拱门的形状相类 似。
通过消声器壳体3的横截面图形中的长对称轴线形成的纵向平面到 导流罩两边侧壁的距离相等,同时它又与消声器的一个纵向对称平面相 重合,因此沿该长对称轴线切割出的纵剖面F-F就是导流罩的特定纵向 对称平面。
从图5、6、7和8可见,导流罩两侧的拱门开口端部与消声 器3的内侧壁面焊接密封。
导流罩5、6和7从上游端至下游端,将消声器3的内部依次分隔 成为膨胀室10、第一干涉室11、第二干涉室12和第三干涉室13。
流体经流入管1进入膨胀室10内膨胀和减缓流速,然后穿过第一 级导流罩5两侧壁面上的流通孔5b,转变成为多股小支流,并对称地与 导流罩的特定纵向对称平面F-F呈某一夹角地同时相反方向流动。
流过 导流罩5两边侧壁孔5b的小支流在第一干涉室11内的特定纵向对称平 面F-F位置上反向相遇、互撞、膨胀或减缓流速,或是相互反向撞击到 第二级导流罩6的壳壁表面上并发生反射、溅射、互耗脉动动能、膨胀 或减缓流速。
其后,流体在进入到第二、第三干涉室的过程中,都重复 经历被分割、相互撞击、膨胀或减缓流速,最后才被排出消声器。
每个导流罩两侧壁面上同一横排的流通孔形状相同,大小相等,孔 形心位于同一横截面的罩壁面上,纵向均匀对称排列。
相邻导流罩相互 横向套叠部位壁面上的流通孔位置纵向相互对称均匀交错,横向相互偏 移适当的距离,参见图5及其D-D横截面图6和E-E横截面图7,以及 与特定纵向对称平面重合的F-F纵剖面图8。
本例所述的消声器采用两个导流罩式流体排出管9,既可用以增大 排出管的总横截面积,降低流阻,也可以增加美感。
由于消声器3内的第一级导流罩5的前半部分没有与第二级导流罩 6横向套叠,故该部位壁面上的流通孔也可以采用多个小孔径孔洞纵、 横向对称密集排列的构型。
在本例所述消声器3内安装的薄壁拱门形导流罩也可以采用通过横 截面短对称轴的平面作为特定的纵向对称平面,即将图6和图7所示的 导流罩与消声器壳3相对位置绕几何对称轴线旋转90°。
此外,当流道横截面为猪腰形或一截圆环形的平面几何图形时,与 通过该横截面短对称轴形成的纵向平面垂直相交并与流道壁距离相等而 形成的纵向面是弧面,可以将该纵向弧面作为特定纵向对称面来制造曲 径式薄壁拱门形导流罩,以与流道形状相配合。
在流道是圆形横截面的消声器中,当消声器的直径与其轴向长度之 比较大,即消声器的纵向长度较短时,内装的薄壁型导流罩可以采用上 游端为圆环形闭合的导流罩构型。
导流罩的横截面为双同心圆构成的圆 环形,其通过中心轴线的纵剖面图轮廓线为双峰形,峰顶为导流罩的上 游端。
该导流罩的三维形状与将本发明涉及的第一个实施例的图1所描 述的导流罩从中间横向截断,再将截断下来的导流罩前半部分的上游端 与下游端对调,然后将前后两半个导流罩的截断口对齐相焊接而成的构 形相类似。
导流罩的特定纵向对称面至两侧导流罩壁的距离相等,该特 定纵向对称面是圆筒形或扩径圆筒形,各股小支流的横向动能分量在特 定纵向对称面及其附近相互抵消。
在流道横截面为其它形状的平面对称 几何图形,并且消声器的纵向长度相对较短时,所置入的导流罩形状由 此类推。
图9是本发明涉及的第三种消声器的经过中心轴线的纵剖面图,图 10和图11分别是该消声器的G-G和H-H横截面图。
流道的长径比值 较大。
消声器由流体流入管1、消声器壳3、定位件4、第一级导流罩5、 第二级导流罩6、后盖8和流体排出管9等零件组成,两级导流罩壁面 上分别开有流通孔5a和6a。
第一级导流罩5是圆锥形薄壁构件,第二级导流罩6是由上游端的 圆锥形与其后的扩径圆筒形壁身相结合而形成的薄壁构件。
需要时还可 以增加内置导流罩的级数,以使噪声得到进一步的降低。
各级导流罩的 上游端向心自行封闭,下游端外侧壁面与消声器壳3的内侧壁面紧密连 接。
导流罩5和6将消声器3的内部从上游端至下游端依次顺序分隔成 为膨胀室10、第一干涉室11和第二干涉室12。
因为第一级导流罩5与第二级导流罩6之间,不存在横向相互套叠 的部位,所以导流罩5壁面上的流通孔全部选用多个小孔径孔洞5a沿 横截圆周面密集均匀对称环绕排列的构型,参见图9和图10。
第二级导 流罩6与流体排出管9之间基本上全部横向套叠,然而图9所示消声器 仍然在导流罩6和排出管9壁面上都采用多个小孔径孔洞沿横截圆周面 密集均匀对称环绕排列的构型,这种构型会导致两者之间产生直接穿越 效应,但同时也降低了流阻系数。
在本例所示的消声器3内,导流罩式流体排出管9的上游端部不是 自行向心封闭,而是用将排出管9向上游方向延伸,向前抵接到第二级 导流罩6的上游端内侧壁面的方法来封闭。
两种封闭方法取得的效果一 样。
以下是本发明涉及的第四种消声器的实施例,图12是利用薄壁型 导流罩构形制成的内燃机排气催化净化消声器的经过几何中心轴线的纵 剖面图,图13和图14分别是图12所示催化净化消声器的I-I和J-J横 截面图。
消声器由进气管1、前盖2、消声器外壳3、定位件4、第一级导流 罩5、第二级导流罩6、后盖8、排气管9、导流封口件14、前封口件15、 定位环16和17等零部件组成,两级导流罩壁面上分别开有流通孔5a 和6a。
定位环16和17的环面上开有多个密集环绕排列的流通孔16a 和17a。
消声器的进气管1向上游方向延伸及与内燃机的排气口相连接。
第一级导流罩5的内、外侧壁面以及流通孔5a孔壁面上均涂覆有 能使内燃机排气得到净化的催化剂18,具体涂覆部位参见图12,催化 剂18及其涂覆方法采用公知的成分和方法。
如图12所示,消声器3的内部被第一级导流罩5、第二级导流罩6、 以及导流封口件14和前封口件15,顺着气流流动的方向依次分隔成为 位于导流罩5外侧和导流罩6内侧之间的第一干涉室11,以及位于导流 罩6下游外侧与消声器壳3上游和前盖2内侧及定位环16之间的第二 干涉室12。
第一级导流罩的流通孔5a位于靠近消声器下游端附近的导 流罩5壁面上,第二级导流罩的流通孔6a放置在靠近消声器上游端附 近的导流罩6壁面上。
从进气管1流入消声器3的内燃机排气直接进入导流罩5内,排气 在流经流通孔5a时转变成为多股小气流,进入到第一干涉室11,沿着 互为相反的方向离心地撞击到第二级导流罩6的内侧圆周壁面上,然后 在第一干涉室11内从消声器3的下游朝向上游方向流动。
接着,排气 气流穿过第二级导流罩6的流通孔6a,再次被分割成为多股小气流,进 入到第二干涉室12内,沿着互为相反的方向离心地撞击到前盖2和消 声器壳3的内侧圆周壁面上。
最后,排气穿过流通孔16a、17a和排气 管9,排入大气。
由于流入第一级导流罩5内的内燃机废气尚未膨胀,具有相当高的 温度。
废气与导流罩5内侧圆周壁面以及流通孔5a孔壁面上涂覆的催 化剂18接触时,很快就可以将催化剂加热到起燃温度以上,使之进入 到高效率的催化状态,使排气得到良好的净化。
导流罩5内的高温废气 以及内侧壁面上发生的催化反应产生的热量,很快就能够使导流罩5的 壳体和外侧圆周壁面上的催化剂18达到和保持着高效率进行催化化学 反应所需的温度,再加上第二级导流罩6将第一级导流罩5包封起来所 起的保温作用,使得废气在第一干涉室11内仍然保持着较高的温度, 从而使所涂覆的全部催化剂面积,无论是位于导流罩5的内侧壁面还是 外侧壁面,都能够进入到高效率的催化净化工作状态,并因此可显著地 减少按净化要求所需涂覆的催化剂面积,及相应地降低成本。
在本例所述消声器中,第一级导流罩5的下游端口采用向上游端凸 出的薄壁型圆锥件--导流封口件14来向心封口,该封口件同时也将 第二级导流罩6的一端封闭,导流罩6的另一端由前封口件15封闭。
导流封口件14的圆锥壁面,可以使沿着几何中心轴线平行方向流动的 排气转变流动方向约90°,以便于排气离心穿越流通孔5a,从而可以 减少脉动排气的反射压力波强度,降低排气背压值。
图12所示消声器3内的薄壁型导流罩5和6的几何中心轴线与消 声器的中心轴线相重合,参见图13和图14,两级导流罩均采用圆筒形 构造,也可以采用扩径圆筒形结构。
本实施例采用普通构型的排气管9, 也可以将其改造成为导流罩式流体排出管。
另外,由于穿越过第二级导流罩6壁面上的流通孔6a的排气几乎 是垂直地撞击到前盖2和消声器壳3的内侧圆周壁面上,故若在这些部 位上装置微孔材料,其单位面积所能耗散和吸收的脉动能量,要远远高 于常规的使脉动气流沿平行于微孔材料平面的方向流动时微孔材料单位 面积对脉动能量的耗散和吸收能力。
在以上的实施例一、二和三之中,消声器内置入的导流罩的构型及 其上、下游端的定义,主要是针对消声器的消声能力与流阻系数这两个 方面进行综合考虑和平衡的结果。
所述消声器既适用于消除往复式内燃 机、活塞式空压机和气动工具等排出的脉动气流产生的噪声,也可应用 于蒸汽透平和燃气透平所排出的高温高压连续气流、或是高压锅炉紧急 降压时的消声排放。
当消声器被应用于对高温高压连续气流进行降温降压消声排放时, 消声器流体排出管9的横截面积,必须大于流体流入管1的横截面积。
在对蒸汽或燃气透平排气进行降压消声排放时,实施例所述消声器 的前、后盖以及流体流入管、流出管等一般均被取消,因为高温高压废 气进入消声器的入口--消声器的上游端,通常与相连接的其上游流道 的形状和大小相等。
消声器下游端出口的横截面积必须大于其上游端入 口面积。
此外,当消声器被应用于高压锅炉紧急降压时的高温高压蒸汽消声 排放,此时消声器的排气背压大小不再是影响消声器性能的主要指标, 因此消声器的上、下游端可以对调使用,即所述实施例中的流体流入管 1变成流体排出管9,排出管则变成流入管,这时各级导流罩和干涉室 的排序也相应改变,即第一级导流罩变成最后一级导流罩,最后一级干 涉室变成第一级干涉室,同时也使向心流动的气体转变成为向离心方向 流动,反之亦然。
其余的变化由此类推。
这样做的好处在于能够避免导 流罩的向心封闭小头端在高压气流的冲击下可能发生谐振而产生的汽笛 鸣叫声。
当使流体产生脉动的脉动源位于流道之内,且需要减少甚至隔绝该 脉动动能对外界的影响时,可以在流道内脉动源的上游流道内和下游流 道内分别装入一级或多级薄壁型导流罩。
各个导流罩的三维构形,导流 罩与流道之间的相互位置和配合,导流罩壁面上的流通孔形状、位置及 排列,各级导流罩之间的相互配合关系等等,请参照以上对四个实施例 的详细说明,此处不再赘述。
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