專利名稱：流道內(nèi)使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在流道內(nèi)使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的方法及其相應(yīng)的裝置，以及按照該裝置的構(gòu)造制成的消聲器。
長期以來，人們?yōu)榱藴p少高壓和脈動流體的排放噪聲而安裝的消聲器所采用的實用消聲方法如下1) 多次地變動流體的流動方向；2) 重復(fù)地使流體通過收縮而又擴大的斷面；3) 將流體分割成為很多小的支流并沿著不平滑的平面流動；4) 使高溫、高壓流體在流道內(nèi)冷卻及膨脹；5) 在流道內(nèi)裝入多孔材料，以耗散和吸收脈動動能。
此外，人們根據(jù)強度和脈動頻率相等而脈動方向相反的多股脈動流體相疊加時會互為衰減脈動動能的相干波干涉原理來嘗試制造實用的消聲器，以期使所制成的消聲器體積更小、流阻系數(shù)更低，同時獲得更好的消聲效率。
在美國專利US05693918、US05619020、US05600106、US05541373和中國專利申請?zhí)?2217739及89210652之中，均涉及了采用傳感器檢測內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速和排氣脈沖，檢測到的數(shù)值被輸送到電子控制和放大裝置，然后用揚聲器發(fā)出和脈動排氣的強度及頻率相同、相位相反的聲波，并使之與排氣脈沖疊加，從而使排氣的脈動動能得到衰減，達到降低發(fā)動機排氣噪聲的目的。此類降噪方法的主要缺點在于需要為揚聲器設(shè)置專門的揚聲器室，因而導(dǎo)致該類型的消聲器占用空間大，空間布置較為困難，在惡劣環(huán)境下工作時可靠性較差，并且需要消耗額外的能量來實現(xiàn)消聲功能。
在中國專利申請?zhí)?3236371、93202078和85205813中，均是將脈動氣流分解成為兩股氣流并使之對沖，所述的消聲器構(gòu)造若用來實現(xiàn)脈動排氣的多級降噪，則會導(dǎo)致消聲器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本上升，并且不利于小型化和降低排氣背壓。
此外，上述各類型的消聲器的一個共同的缺點是，它們都不適用于高溫高壓連續(xù)氣流的降壓排放，也不適用于衰減液態(tài)流體的脈動動能。
本發(fā)明的目的是在相干波相互干涉原理的基礎(chǔ)上，提供一種在流道內(nèi)使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的實用的方法；為此，本發(fā)明還提供一種用以實現(xiàn)該方法的裝置，以及根據(jù)本裝置的基本構(gòu)造而制成的幾種構(gòu)型的消聲器。
為明確起見，本說明書定義如下1.中心軸線——內(nèi)裝有薄壁型導(dǎo)流罩并且每一橫截面均為平面對稱圖形的流道段橫截面中心點的軌跡，通常為直線，在本說明書附圖中以單點劃線表示。
2.縱向?qū)ΨQ面——內(nèi)裝有薄壁型導(dǎo)流罩并且每一橫截面均為平面對稱圖形的流道段橫截面的一條對稱軸在該流道段內(nèi)沿流道縱方向的軌跡，通常為平面。
3.幾何中心軸線——每一橫截面均為平面對稱幾何圖形的薄壁型導(dǎo)流罩橫截面中心點的軌跡，通常為直線，在本說明書附圖中以雙點劃線表示。
但是，當(dāng)導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與所處段流道的中心軸線相重合時，則統(tǒng)一以單點劃線表示。
4.特定縱向?qū)ΨQ面——薄壁型導(dǎo)流罩內(nèi)與導(dǎo)流罩兩邊側(cè)壁距離相等的點的軌跡，并且不同的點至兩邊側(cè)壁的距離通常不相等。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的方法是使流道內(nèi)沿著一條幾何中心軸線平行方向流動的流體，轉(zhuǎn)變流向和轉(zhuǎn)變成為多股小支流；使多股小支流與流道內(nèi)的這條幾何中心軸線或流道內(nèi)的一個特定縱向?qū)ΨQ面呈某一夾角并同時向心或同時相反方向地向著該特定縱向?qū)ΨQ面的兩側(cè)流動和相互直接撞擊，或是同時向心或同時相反方向地向著該特定縱向?qū)ΨQ面的兩側(cè)流動時撞擊到下一級導(dǎo)流罩的外側(cè)壁面，或是以某一角度并同時離心或相反方向地同時背離特定縱向?qū)ΨQ面流動及撞擊到下一級導(dǎo)流罩或流道的內(nèi)側(cè)壁面上；并使多股小支流在垂直于流道內(nèi)的這條幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的橫截面上的動能分量合力為零或接近于零。
為了實現(xiàn)本發(fā)明所述的方法，本發(fā)明采用在流體流經(jīng)的某一段流道內(nèi)裝入一級或多級薄壁型導(dǎo)流罩而構(gòu)成的裝置。在絕大多數(shù)情況下，導(dǎo)流罩的構(gòu)形為一端向心封閉，另一端的外側(cè)壁面與流道內(nèi)側(cè)壁面相連接和封閉，其形狀是類似于導(dǎo)彈或火箭頭部的薄壁構(gòu)件。多級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線及其延伸線或特定縱向?qū)ΨQ平面及其延伸面相互重合，并且各級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或其特定縱向?qū)ΨQ平面通常都與所處段流道的中心軸線或相應(yīng)的縱向?qū)ΨQ平面相重合；當(dāng)采用使多股小支流與導(dǎo)流罩幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面呈某一夾角并同時離心或同時背離特定縱向?qū)ΨQ面流動和撞擊到某個固體表面的方式來衰減流體的脈動動能時，各級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ平面與所處段流道的中心軸線或任一縱向?qū)ΨQ平面可以相互不重合。垂直于幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩橫截面為對稱的平面幾何圖形，例如圓形、橢圓形、扁圓形或圓角矩形，甚至可以是圓環(huán)形或等邊的幾何圖形。每個導(dǎo)流罩壁上都開有讓流體從導(dǎo)流罩壁的某一側(cè)面流向另一側(cè)面的多個流通孔，流通孔的優(yōu)選構(gòu)形及其在導(dǎo)流罩壁面上的優(yōu)選排列方式是，同一橫排的各個流通孔的形狀和大小均相等，并且該排流通孔的形心均位于同一個垂直于幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩橫截面壁上，流通孔縱向均勻?qū)ΨQ排列。相鄰導(dǎo)流罩位于相互橫向套疊部位壁面上的流通孔縱向相互對稱均勻交錯，橫向相互偏移適當(dāng)?shù)木嚯x。每個導(dǎo)流罩壁面上全部流通孔的總孔洞面積的全部或絕大部分，均位于通過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的或與導(dǎo)流罩特定縱向?qū)ΨQ面相垂直的縱向剖面導(dǎo)流罩輪廓線直線段的延伸線或弧線段的切線，與導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面夾角α≤|45°|及其對頂角范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上，流通孔放置的優(yōu)選位置是在上述定義下的夾角α≤|30°|及其對頂角范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上。
本發(fā)明還給出了幾個根據(jù)上述裝置的構(gòu)型而制造的采用上述方法消聲的消聲器范例，所述的消聲器實施例里的薄壁型導(dǎo)流罩是根據(jù)其所處流道的不同幾何形狀而選用不同的三維幾何構(gòu)形。
按照本發(fā)明所述裝置的基本構(gòu)造制成的消聲器易于在有限的空間內(nèi)裝入多個/多級薄壁型導(dǎo)流罩，從而能夠?qū)崿F(xiàn)高壓連續(xù)流體的多級降壓以及脈動流體的多級脈動動能衰減；制成的裝置及消聲器對流體內(nèi)包含的無論是低頻還是高頻的脈動動能都能夠?qū)崿F(xiàn)良好的衰減；無須消耗額外的能量來衰減脈動流體的脈動動能；制成的消聲器能夠避免現(xiàn)有的消聲器因內(nèi)部橫向瞬時非均衡受力而可能導(dǎo)致的殼體顫動引發(fā)的二次噪聲；該類型的消聲器具有較大的適用范圍，既可應(yīng)用于高壓連續(xù)氣流的降壓排放，可以應(yīng)用于高壓脈動氣流的脈動動能衰減，也可以應(yīng)用于衰減液態(tài)流體的脈動動能；采用本發(fā)明所述方法來使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的消聲器，在其外形的變化以適應(yīng)擺放位置、體積大小、流阻系數(shù)、消聲效率和價格性能比等幾個方面與現(xiàn)有的消聲器相比，明顯具有良好的綜合性能指標。將本發(fā)明所述的消聲器用作為往復(fù)式內(nèi)燃機的排氣消聲器時，與內(nèi)燃機原有的排氣消聲器相比，在兩者的外形、體積和排氣背壓都基本相等的條件下，排氣噪聲降低3至7dB。另外，采用本發(fā)明方法消聲和應(yīng)用本發(fā)明裝置構(gòu)型制成的內(nèi)燃機催化凈化排氣消聲器還具有易于小型化以及能夠使其內(nèi)部涂覆的催化劑的全部面積均處于高效的催化凈化狀態(tài)等優(yōu)點。
下面以非限定的方式給出4個實施例，并結(jié)合其附圖，對本發(fā)明所述的方法、裝置和制成的消聲器作進一步的詳細說明。


圖1是圓筒形流道消聲器的經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的縱剖面圖。
圖2、圖3和圖4分別是圖1所示消聲器的A-A、B-B和C-C三個橫截面圖。
圖5是扁圓筒形流道消聲器的通過流道橫截面短對稱軸的縱剖面圖。
圖6和圖7是圖5所示消聲器的D-D和E-E橫截面圖。
圖8是圖5所示消聲器的F-F剖面圖，也就是通過該消聲器橫截面長對稱軸和導(dǎo)流罩特定對稱平面的縱剖面圖。
圖9是擴徑圓筒形流道消聲器的經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的縱剖面圖。
圖10和圖11分別是圖9所示消聲器的G-G和H-H橫截面圖。
圖12是利用薄壁型導(dǎo)流罩構(gòu)型制成的內(nèi)燃機排氣催化凈化消聲器的經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的縱剖面圖。
圖13和圖14分別是圖12所示催化凈化消聲器的I-I和J-J橫截面圖。
圖1是本發(fā)明涉及的一種圓筒形流道消聲器的縱剖面圖，該剖切面經(jīng)過內(nèi)置導(dǎo)流罩的幾何中心軸線。消聲器由流體流入管1，前蓋2，消聲器外殼3，定位件4，第一級導(dǎo)流罩5，第二級導(dǎo)流罩6，第三級導(dǎo)流罩7，后蓋8和流體排出管9等零部件組成，各級導(dǎo)流罩壁面上分別開有流體流通孔5a、5b、6b和7b。在此，消聲器外殼內(nèi)側(cè)面包圍的區(qū)域就是流體流經(jīng)的一段流道。各級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與該段流道的中心軸線相重合，參見圖1、圖2、圖3和圖4。
在以下的說明中，將迎向流體流入的一端稱之為消聲器或其零部件的上游端，將流體流出的一端稱為下游端，從而將最先迎向流動流體的導(dǎo)流罩稱為第一級導(dǎo)流罩，其后的依次稱為第二級導(dǎo)流罩，第三級導(dǎo)流罩......，每個消聲器內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)流罩的級數(shù)主要取決于所要求的消聲量和流阻系數(shù)大小兩者之間的綜合平衡。
在本實施例中，各級薄壁型導(dǎo)流罩的上游端均朝向幾何中心軸線向心地自行封閉，形狀是類似于導(dǎo)彈或火箭頭部的流線型薄殼構(gòu)造，以減少流體的流動阻力。導(dǎo)流罩下游端的外側(cè)壁面與消聲器外殼3的內(nèi)側(cè)壁面相互密封焊接，參見圖1。
如圖1所示，消聲器3的內(nèi)部由薄壁型導(dǎo)流罩5、6和7從上游端向下游端依次順序分隔成為膨脹室10，第一干涉室11，第二干涉室12和第三干涉室13。
流體經(jīng)過穿通前蓋2的流體流入管1進入消聲器3內(nèi)，并在膨脹室10內(nèi)膨脹或減緩流速，而導(dǎo)流罩的三維幾何形狀則使沿該段流道內(nèi)導(dǎo)流罩幾何中心軸線平行方向流動的流體流向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，流體然后穿過第一級導(dǎo)流罩5壁面上的流通孔5a和5b，轉(zhuǎn)變成為多股小支流，并對稱地與幾何中心軸線呈某一夾角地同時向心流動。第一級導(dǎo)流罩5靠近上游端的前半部分罩壁面上的流通孔5a采用多個小孔徑孔洞沿橫截圓周面密集均勻?qū)ΨQ環(huán)繞排列的構(gòu)型，穿越5a的小支流在第一干涉室11內(nèi)向心直接相互撞擊、膨脹或減緩流速。
由于第一級導(dǎo)流罩5靠近下游端的后半部分與下一級導(dǎo)流罩6的前半部分橫向相互套疊，為盡可能避免或減少發(fā)生流體直接穿越而導(dǎo)致降低消聲效率，即穿越5b的小支流未能在第一干涉室11內(nèi)相互反向環(huán)繞撞擊到第二級導(dǎo)流罩6的外殼壁面上并發(fā)生反射、折射、濺射和互耗脈動動能以膨脹及減緩流速，而是直接穿越過導(dǎo)流罩6的流通孔6b進入到第二干涉室12，因此第一級導(dǎo)流罩5壁面上的流通孔5b應(yīng)該與第二級導(dǎo)流罩6壁面上的流通孔6b縱向相互對稱環(huán)繞均勻交錯，并且流通孔5b和6b均應(yīng)采用較大孔徑的孔洞，以確保有足夠大的流通孔總孔洞面積和減少流體通過的阻力。同理，第二級導(dǎo)流罩6和第三級導(dǎo)流罩7相互橫向套疊部位壁面上所開的孔洞6b和7b也采用較大孔徑，并且縱向相互對稱環(huán)繞均勻交錯，如圖3的B-B橫截面圖所示。為了避免或減少流體的直接穿越效應(yīng)，各級相鄰導(dǎo)流罩在橫向相互套疊部位壁面上開設(shè)的流通孔5b、6b和7b還應(yīng)在橫向位置上相互交錯和偏移適當(dāng)?shù)木嚯x，如圖1所示。
流體在穿越每一級導(dǎo)流罩壁面上的流通孔和進入到下一級干涉室時，都與流體穿越第一級導(dǎo)流罩5壁面上的流通孔進入到第一干涉室11一樣，都再次被分割成為多股小支流，并接著發(fā)生撞擊、濺射、膨脹或減緩流速，直至最后經(jīng)過流體排出管9流出消聲器。
從圖1所示的消聲器可見，各級導(dǎo)流罩壁面上的流通孔均開設(shè)在經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線而作出的縱剖面輪廓線直線段的延伸線或弧線段的切線，與導(dǎo)流罩中心軸線的夾角α≤|45°|范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上，也可以開設(shè)在α的對頂角范圍內(nèi)的壁面上。各個流通孔的優(yōu)選位置是位于α≤|30°|范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上，顯然該夾角越小，流過各個流通孔的小支流的徑向動能分量越大，而其軸向動能分量則越小。由于各個導(dǎo)流罩壁面上同一橫排的各個流通孔形狀相同，大小相等，形心位于同一個橫截面壁上，并且是縱向?qū)ΨQ均勻環(huán)繞排列，故可使流經(jīng)的流體徑向動能分量合力為零。在上述的條件下，各條小支流的徑向動能分量越大，消聲的效果越好。
在本實施例中，還可以選擇將消聲器的排出管改造成為導(dǎo)流罩式流體排出管9，這就是將普通的流體排出管的上游端封閉，將排出管位于消聲器內(nèi)的部分延長，并在管的側(cè)壁上按照上述導(dǎo)流罩壁面上開孔的方法對稱地開出多個孔洞9c，從而增加多一級消聲功能。流體排出管9壁面上的流通孔9c與相鄰的導(dǎo)流罩7壁面上的流通孔7b之間的相互位置關(guān)系與兩個相鄰的導(dǎo)流罩壁面上流通孔的相互位置關(guān)系一樣，以避免或盡量減少流體的直接穿越效應(yīng)為準則，參見圖1和C-C橫截面圖4。
消聲器3中的定位件4用來將第一級導(dǎo)流罩5的前端加以固定，以確保導(dǎo)流罩5的幾何中心軸線與消聲器殼3的中心軸線相重合，避免導(dǎo)流罩的前端位置偏移并在高壓流體的沖擊下引發(fā)鳴笛聲。本例所述消聲器內(nèi)的定位件4的前端還彎折形成固定旋翼片，參見圖1和A-A橫截面圖2，旋翼片使流經(jīng)的流體發(fā)生繞軸旋轉(zhuǎn)，有利于使流到5b旁邊殼面上的流體也能順利流過5b，從而可以降低流阻。
當(dāng)消聲器內(nèi)的流道橫截面為各種形狀的平面對稱幾何圖形，例如圓形、橢圓形、扁圓形、圓角矩形或等邊多邊形，并且該平面對稱幾何圖形上相互垂直的長、短兩條對稱軸的長度之比較小，例如小于1.8時，薄壁型導(dǎo)流罩的橫截面輪廓可以選用與所處段流道橫截面相同的平面對稱幾何圖形，流道橫截面與導(dǎo)流罩橫截面相互之間也可以選用上述各種平面對稱幾何圖形的組合。
圖5是本發(fā)明涉及的第二種消聲器的經(jīng)過流道橫截面圖形對稱短軸切割出的縱剖面圖，消聲器由流體流入管1、前蓋2、消聲器外殼3、第一級導(dǎo)流罩5、第二級導(dǎo)流罩6、第三級導(dǎo)流罩7、后蓋8和兩根流體排出管9等零部件組成，各級導(dǎo)流罩壁面上分別開有流體流通孔5b、6b和7b。消聲器3的橫截面是扁圓形，也可以是橢圓形、圓角矩形或是其它的橫截面具有兩條相互垂直對稱軸的圖形。該平面對稱幾何圖形的長、短兩條對稱軸互相垂直并且兩軸的長度之比較大，例如大于2。
本實施例中，各級薄壁型導(dǎo)流罩的上游端均朝向特定縱向?qū)ΨQ平面自行封閉，下游端的外側(cè)壁面與消聲器3的內(nèi)側(cè)壁面相連接和封閉。平行于通過橫截面圖形短對稱軸作出的縱向平面的導(dǎo)流罩縱剖面上游端輪廓線為流線型，參見圖5。整個導(dǎo)流罩的構(gòu)形與薄壁型拱門的形狀相類似。通過消聲器殼體3的橫截面圖形中的長對稱軸線形成的縱向平面到導(dǎo)流罩兩邊側(cè)壁的距離相等，因此沿該長對稱軸線切割出的縱剖面F-F同時也就是導(dǎo)流罩的特定縱向?qū)ΨQ平面，參見圖5、6、7和8。本實施例中各級導(dǎo)流罩的特定對稱平面與消聲器3的通過其橫截面長對稱軸作出的縱向?qū)ΨQ平面相互重合。導(dǎo)流罩兩側(cè)的拱門開口端部與消聲器3的內(nèi)側(cè)壁面焊接密封。
導(dǎo)流罩5、6和7從上游端至下游端，將消聲器3的內(nèi)部依次分隔成為膨脹室10、第一干涉室11、第二干涉室12和第三干涉室13。
流體經(jīng)流入管1進入膨脹室10內(nèi)膨脹和減緩流速，然后穿過第一級導(dǎo)流罩5兩側(cè)壁面上的流通孔5b，轉(zhuǎn)變成為多股小支流，并對稱地與導(dǎo)流罩的特定縱向?qū)ΨQ平面F-F呈某一夾角地同時相反方向流動。流過導(dǎo)流罩5兩邊側(cè)壁孔5b的小支流在第一干涉室11內(nèi)的特定縱向?qū)ΨQ平面F-F位置上反向相遇、互撞、膨脹或減緩流速，或是相互反向撞擊到第二級導(dǎo)流罩6的殼壁外表面上并發(fā)生反射、折射、濺射、互耗脈動動能、膨脹或減緩流速。其后，流體在進入到第二、第三干涉室的過程中，都重復(fù)經(jīng)歷被分割、相互撞擊、膨脹或減緩流速，最后才被排出消聲器。
每個導(dǎo)流罩兩側(cè)壁面上同一橫排的流通孔形狀相同，大小相等，孔形心位于同一橫截面的罩壁面上，縱向均勻?qū)ΨQ排列。相鄰導(dǎo)流罩相互橫向套疊部位壁面上的流通孔位置縱向相互對稱均勻交錯，橫向相互偏移適當(dāng)?shù)木嚯x，參見圖5及其D-D橫截面圖6和E-E橫截面圖7，以及與特定縱向?qū)ΨQ平面相重合的F-F縱剖面圖8。
本例所述的消聲器采用兩個導(dǎo)流罩式流體排出管9，既可用以增大排出管的總橫截面積，降低流阻，也可以增加美感。
由于消聲器3內(nèi)的第一級導(dǎo)流罩5的前半部分沒有與第二級導(dǎo)流罩6橫向套疊，故該部位壁面上的流通孔也可以采用多個小孔徑孔洞縱、橫向?qū)ΨQ密集排列的構(gòu)型。
在本例所述消聲器3內(nèi)安裝的薄壁拱門形導(dǎo)流罩也可以采用通過橫截面短對稱軸的平面作為特定的縱向?qū)ΨQ平面，即將圖6和圖7所示的導(dǎo)流罩與消聲器殼3相對位置繞幾何對稱軸線旋轉(zhuǎn)90°。
此外，當(dāng)流道橫截面為豬腰形或一截圓環(huán)形的平面幾何圖形時，與通過該橫截面短對稱軸形成的縱向平面垂直相交并與流道壁距離相等而形成的縱向面是弧面，可以將該縱向弧面作為特定縱向?qū)ΨQ面來制造曲徑式薄壁拱門形導(dǎo)流罩，以與流道形狀相配合。
在流道是圓形橫截面的消聲器中，當(dāng)消聲器的直徑與其軸向長度之比較大，即消聲器的縱向長度較短時，內(nèi)裝的薄壁型導(dǎo)流罩可以采用上游端為圓環(huán)形閉合的導(dǎo)流罩構(gòu)型。導(dǎo)流罩的橫截面為雙同心圓構(gòu)成的圓環(huán)形，其通過幾何中心軸線的縱剖面圖輪廓線為雙峰形，峰頂為導(dǎo)流罩的上游端。該導(dǎo)流罩的三維形狀與將本發(fā)明涉及的第一個實施例的圖1所描述的導(dǎo)流罩從中間橫向截斷，再將截斷下來的導(dǎo)流罩前半部分的上游端與下游端對調(diào)，然后將前后兩半個導(dǎo)流罩的截斷口對齊相焊接而成的構(gòu)形相類似。導(dǎo)流罩的特定縱向?qū)ΨQ面至兩側(cè)導(dǎo)流罩壁的距離相等，該特定縱向?qū)ΨQ面是圓筒形或擴徑圓筒形，各股小支流的橫向/徑向動能分量在特定縱向?qū)ΨQ面及其附近相互抵消。在流道橫截面為其它形狀的平面對稱幾何圖形，并且消聲器的縱向長度相對較短時，所置入的導(dǎo)流罩形狀由此類推。
圖9是本發(fā)明涉及的第三種消聲器的經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的縱剖面圖，圖10和圖11分別是該消聲器的G-G和H-H橫截面圖。流道的長徑比值較大。消聲器由流體流入管1、消聲器殼3、定位件4、第一級導(dǎo)流罩5、第二級導(dǎo)流罩6、后蓋8和流體排出管9等零件組成，兩級導(dǎo)流罩壁面上分別開有流通孔5a和6a。
第一級導(dǎo)流罩5是圓錐形薄壁構(gòu)件，第二級導(dǎo)流罩6是由上游端的圓錐形與其后的擴徑圓筒形壁身相結(jié)合而形成的薄壁構(gòu)件。需要時還可以增加內(nèi)置導(dǎo)流罩的級數(shù)，以使噪聲得到進一步的降低。各級導(dǎo)流罩的上游端向心自行封閉，下游端外側(cè)壁面與消聲器殼3的內(nèi)側(cè)壁面緊密連接，導(dǎo)流罩幾何中心軸線與消聲器的中心軸線相互重合。
導(dǎo)流罩5和6將消聲器3的內(nèi)部從上游端至下游端依次順序分隔成為膨脹室10、第一干涉室11和第二干涉室12。
因為第一級導(dǎo)流罩5與第二級導(dǎo)流罩6之間，不存在橫向相互套疊的部位，所以導(dǎo)流罩5壁面上的流通孔全部選用多個小孔徑孔洞5a沿橫截圓周面密集均勻?qū)ΨQ環(huán)繞排列的構(gòu)型，參見圖9和圖10。第二級導(dǎo)流罩6與流體排出管9之間基本上全部橫向套疊，然而圖9所示消聲器仍然在導(dǎo)流罩6和排出管9壁面上都采用多個小孔徑孔洞沿橫截圓周面密集均勻?qū)ΨQ環(huán)繞排列的構(gòu)型，這種構(gòu)型會導(dǎo)致兩者之間產(chǎn)生直接穿越效應(yīng)，但同時也降低了流阻系數(shù)。
在本例所示的消聲器3內(nèi)，導(dǎo)流罩式流體排出管9的上游端部不是自行向心封閉，而是用將排出管9向上游方向延伸，向前抵接到第二級導(dǎo)流罩6的上游端內(nèi)側(cè)壁面的方法來封閉。兩種封閉方法取得的效果一樣。
以下是本發(fā)明涉及的第四種消聲器的實施例，圖12是利用薄壁型導(dǎo)流罩構(gòu)形制成的內(nèi)燃機排氣催化凈化消聲器的經(jīng)過導(dǎo)流罩幾何中心軸線的縱剖面圖，圖13和圖14分別是圖12所示催化凈化消聲器的I-I和J-J橫截面圖。
圖12中消聲器3的中心軸線以單點劃線表示。以實心黑線繪制的第一級導(dǎo)流罩5和第二級導(dǎo)流罩6的幾何中心軸線相互重合，參見圖13和圖14，幾何中心軸線與消聲器的中心軸線相重合時，以單點劃線表示。由于本例所示消聲器采用使流體的多股小支流與導(dǎo)流罩幾何中心軸線呈某一角度并同時離心和撞擊到下一級導(dǎo)流罩或消聲器內(nèi)側(cè)壁面的方式消聲，高壓脈動氣流的沖擊不容易引發(fā)共鳴聲，因此本例所示消聲器的兩級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與消聲器3的中心軸線可以互不重合。圖12中當(dāng)導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與消聲器中心軸線互不重合時，幾何中心軸線以雙點劃線表示，圖中虛線表示導(dǎo)流罩6此時的相應(yīng)位置，兩級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線依然重合。
消聲器由進氣管1、前蓋2、消聲器外殼3、定位件4、第一級導(dǎo)流罩5、第二級導(dǎo)流罩6、后蓋8、排氣管9、導(dǎo)流封口件14、前封口件15、定位環(huán)16和17等零部件組成，兩級導(dǎo)流罩壁面上分別開有流通孔5a和6a。定位環(huán)16和17的環(huán)面上開有多個密集環(huán)繞排列的流通孔16a和17a。消聲器的進氣管1向上游方向延伸及與內(nèi)燃機的排氣口相連接。
第一級導(dǎo)流罩5的內(nèi)、外側(cè)壁面以及流通孔5a孔壁面上均涂覆有能使內(nèi)燃機排氣得到凈化的催化劑18，具體涂覆部位參見圖12，催化劑18及其涂覆方法采用公知的成分和方法。
如圖12所示，消聲器3的內(nèi)部被第一級導(dǎo)流罩5、第二級導(dǎo)流罩6、以及導(dǎo)流封口件14和前封口件15，順著氣流流動的方向依次分隔成為位于導(dǎo)流罩5外側(cè)和導(dǎo)流罩6內(nèi)側(cè)之間的第一干涉室11，以及位于導(dǎo)流罩6下游外側(cè)與消聲器殼3上游和前蓋2內(nèi)側(cè)及定位環(huán)16之間的第二干涉室12。第一級導(dǎo)流罩的流通孔5a位于靠近消聲器下游端附近的導(dǎo)流罩5壁面上，第二級導(dǎo)流罩的流通孔6a放置在靠近消聲器上游端附近的導(dǎo)流罩6壁面上。
從進氣管1流入消聲器3的內(nèi)燃機排氣直接進入導(dǎo)流罩5內(nèi)，排氣在流經(jīng)流通孔5a時轉(zhuǎn)變成為多股小氣流，進入到第一干涉室11，沿著互為相反的方向離心地撞擊到第二級導(dǎo)流罩6的內(nèi)側(cè)圓周壁面上，然后在第一干涉室11內(nèi)從消聲器3的下游朝向上游方向流動。接著，排氣氣流穿過第二級導(dǎo)流罩6的流通孔6a，再次被分割成為多股小氣流，進入到第二干涉室12內(nèi)，沿著互為相反的方向離心地撞擊到前蓋2和消聲器殼3的內(nèi)側(cè)圓周壁面上。最后，排氣穿過流通孔16a、17a和排氣管9，排入大氣。
由于流入第一級導(dǎo)流罩5內(nèi)的內(nèi)燃機廢氣尚未膨脹，具有相當(dāng)高的溫度。廢氣與導(dǎo)流罩5內(nèi)側(cè)圓周壁面以及流通孔5a孔壁面上涂覆的催化劑18接觸時，很快就可以將催化劑加熱到起燃溫度以上，使之進入到高效率的催化狀態(tài)，使排氣得到良好的凈化。導(dǎo)流罩5內(nèi)的高溫廢氣以及內(nèi)側(cè)壁面上發(fā)生的催化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，很快就能夠使導(dǎo)流罩5的殼體和外側(cè)圓周壁面上的催化劑18達到和保持著高效率進行催化化學(xué)反應(yīng)所需的溫度，再加上第二級導(dǎo)流罩6將第一級導(dǎo)流罩5包封起來以及第二級導(dǎo)流罩6與消聲器殼3之間流過的熱廢氣所起的保溫和加溫作用，使得廢氣在第一干涉室11內(nèi)仍然保持著較高的溫度，從而使所涂覆的全部催化劑面積，無論是位于導(dǎo)流罩5的內(nèi)側(cè)壁面還是外側(cè)壁面，都能夠進入到高效率的催化凈化工作狀態(tài)，并因此可顯著地減少按凈化要求所需涂覆的催化劑面積，及相應(yīng)地降低成本。
在本例所述消聲器中，第一級導(dǎo)流罩5的下游端口采用向上游端凸出的薄壁型圓錐件——導(dǎo)流封口件14來向心封口，該封口件同時也將第二級導(dǎo)流罩6的一端封閉，導(dǎo)流罩6的另一端由前封口件15封閉。導(dǎo)流封口件14的圓錐壁面，可以使沿著幾何中心軸線平行方向流動的排氣轉(zhuǎn)變流動方向約90°，以便于排氣離心穿越流通孔5a，從而可以減少脈動排氣的反射壓力波強度，降低排氣背壓值。
圖12所示消聲器3內(nèi)的兩級導(dǎo)流罩均采用圓筒形構(gòu)造，也可以采用擴徑圓筒形結(jié)構(gòu)。本實施例采用普通構(gòu)型的排氣管9，也可以將其改造成為導(dǎo)流罩式流體排出管。
另外，由于穿越過兩級導(dǎo)流罩壁面上流通孔的排氣幾乎都是垂直地撞擊到下一級導(dǎo)流罩或消聲器殼3的內(nèi)側(cè)圓周壁面上，故若在這些部位上裝置微孔材料，其單位面積所能耗散和吸收的脈動能量，要遠遠高于常規(guī)的使脈動氣流沿平行于微孔材料平面的方向流動時微孔材料單位面積對脈動能量的耗散和吸收能力。
在以上的實施例一、二和三之中，消聲器內(nèi)置入的導(dǎo)流罩的構(gòu)型及其上、下游端的定義，主要是針對消聲器的消聲能力與流阻系數(shù)這兩個方面進行綜合考慮和平衡的結(jié)果。所述消聲器既適用于消除往復(fù)式內(nèi)燃機、活塞式空壓機和氣動工具等排出的脈動氣流產(chǎn)生的噪聲，可應(yīng)用于鼓風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng)的降噪，也可應(yīng)用于蒸汽透平和燃氣透平所排出的高溫高壓連續(xù)氣流、或是高壓鍋爐緊急降壓時的消聲排放。
在對蒸汽或燃氣透平排氣進行降壓消聲排放時，實施例所述消聲器的前、后蓋以及流體流入管、流出管等一般均被取消，因為高溫高壓廢氣進入消聲器的入口——消聲器的上游端，通常與相連接的其上游流道的形狀和大小相等。消聲器下游端出口的橫截面積通常大于其上游端入口面積。
此外，當(dāng)消聲器被應(yīng)用于高壓鍋爐緊急降壓時的高溫高壓蒸汽消聲排放，此時消聲器的排氣背壓大小不再是影響消聲器性能的主要指標，因此消聲器的上、下游端可以對調(diào)使用，即所述實施例中的流體流入管1變成流體排出管9，排出管則變成流入管，這時各級導(dǎo)流罩和干涉室的排序也相應(yīng)改變，即第一級導(dǎo)流罩變成最后一級導(dǎo)流罩，最后一級干涉室變成第一級干涉室，同時也使向心流動的氣體轉(zhuǎn)變成為向離心方向流動，反之亦然。其余的變化由此類推。這樣做的好處在于能夠避免導(dǎo)流罩的向心封閉小頭端在高壓氣流的沖擊下可能發(fā)生諧振而產(chǎn)生的汽笛鳴叫聲。
當(dāng)使流體產(chǎn)生脈動的脈動源位于流道之內(nèi)，且需要減少甚至隔絕該脈動動能對外界的影響時，可以在流道內(nèi)脈動源的上游流道內(nèi)或流道入口處和下游流道內(nèi)分別裝入一級或多級薄壁型導(dǎo)流罩。各個導(dǎo)流罩的三維構(gòu)形，導(dǎo)流罩與流道之間的相互位置和配合，導(dǎo)流罩壁面上的流通孔形狀、位置及排列，各級導(dǎo)流罩之間的相互配合關(guān)系等等，請參照以上對四個實施例的詳細說明，此處不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種在流道內(nèi)使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的方法，其特征在于使流道內(nèi)沿著一條幾何中心軸線平行方向流動的流體，轉(zhuǎn)變流向和轉(zhuǎn)變成為多股小支流；使上述的多股小支流與流道內(nèi)的這條幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面呈某一夾角并同時向心或同時相反方向地向著特定縱向?qū)ΨQ面兩側(cè)流動和相互直接撞擊或撞擊到某個固體表面上，或是呈某一夾角并同時離心或同時相反方向地背離特定縱向?qū)ΨQ面流動和撞擊到某個固體表面上；使多股小支流在垂直于流道內(nèi)的這條幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的橫截面上的動能分量合力為零或接近于零。
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的一種裝置，其特征在于在流體流經(jīng)的某一段流道內(nèi)裝入一級或多級薄壁型導(dǎo)流罩；流道內(nèi)裝入的多級薄壁型導(dǎo)流罩的幾何中心軸線及其延伸線相互重合；通常，導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ平面與該段流道的中心軸線或相應(yīng)的縱向?qū)ΨQ平面相互重合；當(dāng)采取使多股小支流與導(dǎo)流罩幾何中心軸線呈某一夾角并同時離心或同時相反方向地背離特定縱向?qū)ΨQ面流動和撞擊到某個固體表面的方式來衰減流體的脈動動能時，各級導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面與所處段流道的中心軸線或任一縱向?qū)ΨQ面可以相互不重合；垂直于幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩橫截面為對稱的平面幾何圖形；導(dǎo)流罩壁上開有讓流體從導(dǎo)流罩壁的一個側(cè)面流向另一側(cè)面的多個流通孔；每級導(dǎo)流罩壁面上的全部流通孔總面積的全部或絕大部分，均位于通過幾何中心軸線的或垂直于特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩縱剖面輪廓線直線段的延伸線或弧線段的切線，與導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的夾角α≤|45°|及其對頂角范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上。
3.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于導(dǎo)流罩壁面上開有的多個流通孔的優(yōu)選構(gòu)形和優(yōu)選排列方式為，同一橫排的每個流通孔的形狀相同，大小相等，形心均位于同一個垂直于幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩橫截面輪廓線上，并且各個流通孔縱向均勻?qū)ΨQ排列；相鄰導(dǎo)流罩位于橫向相互套疊部位的壁面上的流通孔位置縱向相互對稱均勻交錯，橫向相互偏移適當(dāng)?shù)木嚯x。
4.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于每個導(dǎo)流罩壁面上的全部流通孔總面積的全部或絕大部分，所處的優(yōu)選位置是，位于通過幾何中心軸線的或垂直于特定縱向?qū)ΨQ面的導(dǎo)流罩縱剖面輪廓線直線段的延伸線或弧線段的切線，與導(dǎo)流罩的幾何中心軸線或特定縱向?qū)ΨQ面夾角α≤|30°|及其對頂角范圍內(nèi)的導(dǎo)流罩壁面上。
5.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于衰減脈動流體的脈動動能而制成的消聲器，其特征在于導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與所處段流道的中心軸線相重合；導(dǎo)流罩的一端向心封閉，另一端的外側(cè)壁面與流道內(nèi)側(cè)壁面相連接和封閉；通過幾何中心軸線的導(dǎo)流罩縱剖面向心封閉端的輪廓線為流線型；導(dǎo)流罩的與幾何中心軸線相垂直的橫截面輪廓線為平面對稱圖形。
6.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于衰減脈動流體的脈動動能而制成的消聲器，其特征在于導(dǎo)流罩的特定縱向?qū)ΨQ平面至導(dǎo)流罩兩邊側(cè)壁的距離相等，該特定縱向?qū)ΨQ平面與所處段流道的相應(yīng)縱向?qū)ΨQ平面相重合；導(dǎo)流罩的一端朝向特定縱向?qū)ΨQ平面封閉，另一端的外側(cè)壁面與流道內(nèi)側(cè)壁面相連接和封閉；薄壁型導(dǎo)流罩的形狀與薄壁型拱門的形狀相似；導(dǎo)流罩兩側(cè)的拱門開口端與流道內(nèi)側(cè)壁面緊密連接。
7.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于衰減脈動流體的脈動動能而制成的消聲器，其特征在于導(dǎo)流罩的幾何中心軸線與所處段流道的中心軸線相重合；導(dǎo)流罩的一端向心封閉，另一端的外側(cè)壁面與流道內(nèi)側(cè)壁面相連接和封閉；薄壁型導(dǎo)流罩是圓錐形，或是圓錐形和擴徑圓筒形的組合。
8.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于凈化內(nèi)燃機排氣和衰減內(nèi)燃機排氣脈動動能而制成的催化凈化消聲器，其特征在于薄壁型導(dǎo)流罩是圓筒形，也可以改用擴徑圓筒形；第一級導(dǎo)流罩(5)的下游端用導(dǎo)流封口件(14)封閉，該封口件同時將第二級導(dǎo)流罩(6)的一端封閉，導(dǎo)流罩(6)的另一端由前封口件(15)封閉。
9.按照權(quán)利要求8所述的內(nèi)燃機催化凈化排氣消聲器，其特征在于第一級導(dǎo)流罩(5)的內(nèi)外側(cè)壁面以及流通孔(5a)壁面上都涂覆有凈化催化劑(18)；第一級導(dǎo)流罩(5)下游端的導(dǎo)流封口件(14)是向流道上游方向凸出的圓錐形薄壁構(gòu)件。
10.按照權(quán)利要求5、6、7或8所述的消聲器，其特征在于可以將消聲器下游端的流體排出管改造成為薄壁型導(dǎo)流罩式流體排出管(9)，這就是將常用的流體排出管的上游端封閉，并在位于消聲器殼體(3)內(nèi)部的一段流體排出管側(cè)壁上對稱地開有多個流通孔(9c)；位于橫向相互套疊部位的導(dǎo)流罩式流體排出管壁上的流通孔(9c)與相鄰導(dǎo)流罩壁上的流通孔位置縱向相互均勻?qū)ΨQ交錯，橫向相互偏移適當(dāng)?shù)木嚯x。
11.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于高壓氣體降壓排放而制成的消聲器，消聲器的結(jié)構(gòu)可采用權(quán)利要求5、6或7的構(gòu)型，其特征在于消聲器的上下游位置可以互換。
12.一種將權(quán)利要求2所述的裝置應(yīng)用于衰減由流道內(nèi)的脈動源引起的流體脈動動能，其特征在于在脈動源的上游流道內(nèi)或上游流道入口處和下游流道內(nèi)，各裝入一級或多級壁面上開有多個流通孔的薄壁型導(dǎo)流罩。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種使高壓流體降壓和衰減流體脈動動能的方法、裝置和幾款消聲器。所述的方法和裝置,是在流道內(nèi)裝入導(dǎo)流罩,使沿著流道內(nèi)一條幾何中心軸線平行方向流動的流體轉(zhuǎn)變流動方向及分割成為多股小支流,并使多股小支流呈某一夾角及同時向心或相反方向地向著特定縱向?qū)ΨQ面兩側(cè)流動和直接相互撞擊或撞擊到下一級導(dǎo)流罩的外側(cè)壁面上,或是相反方向地同時離心或背離特定縱向?qū)ΨQ面流動并撞擊到下一級導(dǎo)流罩或流道的內(nèi)側(cè)壁面上。
文檔編號F01N1/08GK1368594SQ01102789
公開日2002年9月11日 申請日期2001年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月28日
發(fā)明者王沖, 王陽 申請人:王沖, 王陽