專利名稱：氣流消音器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明指的是一氣流消音器。也就是說，本發(fā)明指的是一種可減少當高壓氣流膨脹為外界壓力時所發(fā)生的噪音的裝置。此外，本發(fā)明使流體排放以一所希望的方式被導向。
從一壓縮氣體源經(jīng)過一開口管道的氣體的釋放有許多工業(yè)用途。一個實例就是在氣體透平領(lǐng)域里，例如用于發(fā)電。已發(fā)覺所希望的是提供對進入透平的入口空氣的預(yù)熱，以便例如防止在寒冷氣候操作期間在空氣進口和過濾器結(jié)冰。為此，使用“排出”管以將透平與空氣入口系統(tǒng)相連。如此，來自透平的少量熱氣體通過一合適的管道系統(tǒng)被帶壓送給空氣入口。在空氣入口使用諸開孔的管道以釋放被加熱的帶壓氣體。
盡管這個系統(tǒng)是有用的，經(jīng)過諸開孔管道釋放氣體導致一種有害的、高音調(diào)的鳴鳴聲；而且，實際上，放出的噪音是如此之大以致使諸開孔管道被大家稱為“短笛”管。這噪音造成了令工人和那些居住或工作在這些設(shè)備附近的人們不愉快的環(huán)境。
過去的一些旨在減小因氣體從開孔管道放出而產(chǎn)生的噪音的努力遇到了空氣流分布問題和高安裝費用的缺點。請參見美國專利5166479，3960239和3949828。
發(fā)明概要本發(fā)明提供一氣流消音器，它能有效地減小由一帶孔管道產(chǎn)生的噪聲并保持所希望的氣流特性。本發(fā)明的消音器制造和安裝容易而經(jīng)濟，適用于設(shè)備的改造。
本發(fā)明的氣流消音器包括一管狀氣流件，它有一側(cè)壁、一和氣源相連的第一開口端、一關(guān)閉的第二端以及至少一個在側(cè)壁上用于從該氣流件的內(nèi)部通過氣體的第一開孔。一多孔的降噪件至少在側(cè)壁上的第一開孔位置包圍管狀氣流件。該降噪件又被一基本上流體密封地固定于管狀氣流件的殼體所包圍。該殼體設(shè)置一第二開孔，用于使流過管狀氣流件的側(cè)壁上的開孔的氣體從其中通過。管狀氣流件的開孔和殼體的開孔沿外圓周面彼此隔開足夠遠，以迫使通過管狀氣流件的側(cè)壁上的開孔放掉的氣體流過降噪件方能到達殼體上的開孔。
附圖簡要說明

圖1是能使用本發(fā)明的氣流消音器的一氣體透平系統(tǒng)的側(cè)視示意圖；圖2是圖1中的空氣入口的端視圖；圖3是本發(fā)明的氣流消音器的立體圖；圖4是圖3的消音器的側(cè)視剖面圖；圖5是本發(fā)明另一實施例的、與圖4類似的剖面圖；圖6至8是表示多種能被用作為本發(fā)明消音器所用的消音材料的網(wǎng)圖案的視圖。
本發(fā)明的詳細描述參閱圖1和2，表示了將要描述的本發(fā)明的消音器的一應(yīng)用實例，即在氣體透平系統(tǒng)上的使用。該透平系統(tǒng)通常包括空氣入口10、透平12和空氣出口14。空氣入口又能包括諸零部件，諸如一防雨帽16和一防蟲網(wǎng)用于防止雨水、昆蟲和環(huán)境垃圾進入該透平系統(tǒng)。入口空氣通過空氣過濾器18流到壓力通風系統(tǒng)20，再由壓力通風系統(tǒng)20流到透平12。
為了預(yù)熱入口空氣，有一排出管22從透平延伸到空氣入口。如從圖2能看到的，從透平來的帶壓加熱空氣從排出管通到供氣管24，然后流到集流管26。然后，空氣從諸集流管經(jīng)過本發(fā)明的消音器28以一種下面要詳細討論的方式放出。
參閱圖3和4，本發(fā)明的消音器28包括三個主要元件，即管狀氣流件30、降噪件38和外殼40。管狀氣流件30有一封閉端32和一開口端34。在圖1和2所示的應(yīng)用中，該管狀氣流件30的開口端34與集流管26是流體連通的，以便氣流可從透平12流過排出管22、供氣管24和集流管。在氣體透平系統(tǒng)情況下，送給管狀氣流件的氣體通常處在一約為表壓每平方英寸70至200磅的壓力下。
降噪件是一種多孔材料，它至少在開孔36的區(qū)域包圍住管狀氣流件的側(cè)壁。降噪件的孔率為至少75％，可取的是至少約85％。孔率是由公式{1-(降噪件重量/相同體積的固態(tài)材料的重量)}×100確定。在一實施例中，該降噪件是由金屬絲網(wǎng)制成，其孔率為87.5％，繞在管狀氣流件上。該降噪件還能用滿足使用條件的物理要求的其它材料，例如具有所需孔率的金屬和陶瓷海綿。這種網(wǎng)尤其適用于許多用途，因為它易于被處理并可事先定制產(chǎn)品，即可通過加多或減少成卷的層數(shù)來按照專門要求定制該降噪件。
降噪件38外包圍著的是殼體40。在一最佳實施例中，殼體40是由一單片的包繞在降噪件外的矩形薄片形成的。例如，該殼體可用16號(gange)不銹鋼薄板制成。在該實施例中，該薄鋼板能用帶42以所需結(jié)構(gòu)形狀固定住。有利的是，這些帶能類似于慣用于將橡膠管固定位在用的夾子。或者，能用焊接件或箍類系統(tǒng)?？捎枚税?6封在管狀氣流件30與殼體40之間?？扇〉氖?，在殼體的一端，將端板46固定于殼體和管狀氣流件，同時在殼體的另一端只要將端板固定于殼體。這樣，在殼體和端板組合與管狀氣流件之間可有小量的相對移動，以適應(yīng)材料的膨脹和收縮。端板與管狀氣流件之間的，以及端板與殼體間的密封基本上是流體密封。也就是說，盡管提供一種具有絕對流體密封性能的密封件是不經(jīng)濟或?qū)嶋H上是不可能，但在實用性范圍內(nèi)應(yīng)該是流體密封的。
開孔44可使氣體從殼體40內(nèi)部排放出。在圖示的實施例中，排放孔44是由用于形成殼體40的矩形薄板的端面棱邊限定的。也就是說，用于形成殼體40的薄板的寬度要選擇得使當該薄板包繞在降噪件38外時兩棱邊不要相互碰到，從而留下一條通過其可放出氣體的縱向缺口。
為迫使來自管狀氣流件30的內(nèi)部的氣體在它通過殼體40中的開孔44釋放之前，通過降噪件38，管狀氣流件的側(cè)壁上的開孔36應(yīng)沿外圓周與殼體上的開孔44錯開。這樣，當氣體從管狀氣流件出來流入降噪件后，直到氣體通過降噪材料而到達到開孔44前的整個時間內(nèi)，皆被封閉在殼體40內(nèi)。由于氣體在通過開孔36而在到達開孔44之前大部分得以膨脹了，當氣體到達開孔44時實際上是完全膨脹了。
可取的是，孔36和44沿外圓周離開一至少為90E的角距離，這個間距是以兩孔的中心為準。在圖4所示的實施例中，該間距是180E。盡管在殼體上的開孔44可做成任何所需的形狀，但將它做成一沿縱向的缺口是有利的，因為這樣可使該孔的尺寸做得最大，并能保持與管狀氣流件上的孔36之間的間距為最大。
在圖5所示實施例中，管狀氣流件設(shè)有兩個沿其直徑方向的相對的孔36，而殼體設(shè)有兩沿直徑方向的相對的孔44。能看出這樣的設(shè)置保持孔36與44之間的沿外圓周的間距至少為90°(也是以孔中心為準)。在有些用途方面這樣的設(shè)置是有利的，因為能減少一個既定設(shè)備所需要的總的消音器的數(shù)量。例如，圖2中所示的消音器數(shù)量可以減少。此外，在有些情況下，當氣體通過絲網(wǎng)降噪件上的金屬絲時又會發(fā)出噪聲。圖5的實施例將降低在降噪件中的速度，這樣就減少了發(fā)生噪音的可能性。
從圖3可看出能提供一種在其側(cè)壁上具有幾組開孔的管狀氣流件，而每組開孔具有其自己相關(guān)的降噪件38和殼體40。在圖3所示的實施例中，有這樣的兩組。一般來說，每組包括3至12個孔，這要根據(jù)所考慮的專門用途而定。盡管可采用交錯排列方式，而通常將這些孔按一直線排列，并使每個孔沿外圓周面上離殼體上的開孔的間距至少為90°。
降噪件38的層厚取決于專門用途和所需的減噪量。對于用于上述氣體透平系統(tǒng)的消音器情況，管狀氣流件30的內(nèi)部橫截面積與降噪件38的橫截面積之比為1∶1至1∶10，而通常取為1∶2至1∶6。還有，在圖示的氣體透平系統(tǒng)中，圖3所示的消音器28的長度約7英尺。管狀氣流件30的外徑約2.375英寸，殼體40的內(nèi)徑約4.5時，在本實施例中反映降噪件38的厚度的差值略大于1英寸。在氣體透平系統(tǒng)情況下，希望將噪音值降低到在離空氣入口處為3英尺處的噪音值小于85分貝。
開孔36和44的大小取決于所需的空氣流和所需的降噪要求。在圖示的氣體透平系統(tǒng)中，開孔36能做成圓形，其直徑為約0.08英寸至0.5英寸，例如取為約11/64英寸。這樣能使管狀氣流件中的壓力保持在表壓每平方英寸30磅或更大些，以提供一音響流量，這樣使氣體流量最大，并防止噪聲沿向上游方向放出。在這種情況下，開孔44約1.5英寸寬。
一般說來，根據(jù)不同的溫度和壓力，開孔44的面積約為管狀氣流件的諸開孔36的總面積的75至2000倍。對于大多數(shù)氣體透平系統(tǒng)，開孔44的面積比諸開孔36的總面積大約200倍。在任何情況下，孔44的沿外圓周方向上的寬度不應(yīng)大于90E。如孔44太窄，其自身要產(chǎn)生噪音。如孔44太寬，將會產(chǎn)生不充分的降噪。
用于本發(fā)明的消音器的材料取決于要操作的環(huán)境。本發(fā)明能用于寬的溫度和壓力范圍。例如，溫度范圍為-50至1500EF，尤其是從環(huán)境溫度至800EF。壓力能高至表壓每平方英寸幾千磅。通常為約表壓每平方英寸15-500磅。在上述的氣體透平用途上，適用于管狀氣流件的可取的材料為不銹鋼，尤其是304或304L，而殼體所用的材料應(yīng)能經(jīng)受較高溫度。根據(jù)需要也能用其它材料或陶瓷。在這種情況下，降噪件38可用不銹鋼絲網(wǎng)做成。一個實例是由新澤西的Metex ofEdson現(xiàn)成供應(yīng)的、用0.011英寸直徑的304不銹鋼絲編織成的100密度絲網(wǎng)。盡管按圖6所示網(wǎng)的編織圖樣尤其有用，也可用其它圖樣，包括圖7所示的編織方式或如圖8所示的六角形“鐵絲網(wǎng)”圖案(“chicken wire”pattern)。在有些情況下，編或織出的網(wǎng)可制成一管子形式。在這種情況下，不必為了本發(fā)明目的而“打開”該管子以將網(wǎng)加于管狀氣流件。該網(wǎng)管能以一種壓扁狀態(tài)繞成一兩層件。
當將絲網(wǎng)加于管狀氣流件而作為降噪件時，網(wǎng)的內(nèi)端，即與管狀氣流件鄰接的那一端只需固定于管狀氣流件，并在纏繞過程中要足以使該網(wǎng)固定在位。為此目的可使用粘膠帶或其它適用的粘結(jié)劑。一般說來，纏繞本身是以在使用中將該內(nèi)端固定到位。但是，該網(wǎng)的外端，即與殼體鄰接的那一端應(yīng)更牢固地固定住。在金屬絲網(wǎng)情況下，可使用一適量的彎曲環(huán)，或例如用不銹鋼絲將外端縫合于底層上。此外，最好是使網(wǎng)的外端位于沿外圓周上一遠離于開孔44的位置，最好使間距相差90°，這樣，如外端變得松動時，就減少了通過開孔44滑出的機會。
還有，在本發(fā)明消音器在氣體透平系統(tǒng)的應(yīng)用中，管形氣流件30的端部32可用一不銹鋼端帽封住。類似地，如同帶42一樣，端板46能用不銹鋼制成。
可看出本發(fā)明提供了一種用于氣流中的消音器，它適用于許多用途，提供優(yōu)良的對空氣流的控制，安裝起來較方便而經(jīng)濟。它可用于新結(jié)構(gòu)或改進結(jié)構(gòu)。盡管本發(fā)明是結(jié)合一氣體透平系統(tǒng)說明的，可以理解它能用于任何其內(nèi)的空氣或任何其它氣體通過一較薄管道排放至一較低壓力的場合。盡管上面對本發(fā)明作了詳細說明，但并不限于此，對于熟悉本領(lǐng)域的人員來說，顯然能作出另外的修改，而本發(fā)明是由下述權(quán)利要求所限定的。
權(quán)利要求
1.一種氣流消音器包括一管狀氣流件，它有一側(cè)壁、一和氣源相連的第一開口端、一關(guān)閉的第二端，側(cè)壁上設(shè)有一用于從該氣流件的內(nèi)部通過氣體的第一開孔；一多孔的降噪件至少在側(cè)壁上的第一開孔位置包圍管狀氣流件；以及一包圍了降噪件并基本上流體密封地固定于管狀氣流件的殼體，其上設(shè)有一第二開孔，用于使已流過所述第一開孔的氣體從其中通過；第一開孔和第二開孔沿外圓周面彼此隔開足夠遠，以致使通過所述第一開孔的氣體被迫流過降噪件以到達第二開孔。
2.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，第一和第二開孔沿外圓周面彼此間隔一至少為90°的角距離。
3.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，降噪件包括一繞在管狀氣流件上的金屬絲網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，管狀氣流件的側(cè)壁設(shè)有多個排列為至少兩組的開孔，設(shè)一多孔的降噪件對應(yīng)于每一組第一開孔，諸降噪件沿縱向彼此間隔開。
5.如權(quán)利要求4所述的消音器，其特征在于，每一個降噪件設(shè)有一殼體，諸殼體沿縱向彼此間隔開。
6.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，殼體有第一和第二端，該消音器還包括設(shè)置在殼體的第一和第二端的第一和第二板，用于將殼體基本流體密封于管狀氣流件。
7.如權(quán)利要求6所述的消音器，其特征在于，第一板固定于管狀氣流件，第二板與管狀氣流件可相對移動。
8.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，第二開孔基本上延伸了殼體的全長。
9.如權(quán)利要求8所述的消音器，其特征在于，殼體是一包繞于降噪件的薄板，第二開孔由一薄板的相對的兩邊緣間的間隙形成。
10.如權(quán)利要求1所述的消音器，其特征在于，降噪件的孔率為至少約75％。
11.如權(quán)利要求10所述的消音器，其特征在于，降噪件的孔率為至少85％。
12.如權(quán)利要求3所述的消音器，其特征在于，金屬絲網(wǎng)是一扁平管，它繞于管狀氣流件。
13.一種用于氣體透平的消音器包括一管狀氣流件，它有一側(cè)壁、一用于接收來自一氣體透平的帶壓熱氣流的第一開口端和一關(guān)閉的第二端，側(cè)壁上設(shè)有多個用于通過來自該氣流件的內(nèi)部的氣體的第一開孔；一多孔的降噪件，它包圍該管狀氣流件，是一至少在側(cè)壁的第一開孔位置包繞于管狀氣流件的金屬絲網(wǎng)，該網(wǎng)的孔率至少75％；以及一殼體，它包圍于降噪件以形成一具有第一和第二端的殼體，該殼體利用設(shè)置在該殼體的第一和第二端的第一和第二板基本上流體密封地固定于管狀氣流件，該殼體設(shè)有一基本上延伸于該殼體的全長的第二開孔，該第二開孔呈一在薄板的相對的兩邊緣間的間隙，并用來為通過第一開孔而朝一氣體透平系統(tǒng)的一空氣入口的氣體導向；第一開孔和第二開孔沿外圓周面彼此隔開一至少為90°的角距，以迫使通過所述第一開孔的氣體流過降噪件以到達第二開孔，第二開孔的面積大于諸第一開孔的總面積的約75-2000倍。
14.如權(quán)利要求13所述的消音器，其特征在于，諸第一開孔排列為至少兩組，設(shè)一降噪件對應(yīng)于每一組第一開孔，諸降噪件沿縱向彼此間隔開。
15.如權(quán)利要求14所述的消音器，其特征在于，每一個降噪件設(shè)有一殼體，諸殼體沿縱向彼此間隔開。
16.如權(quán)利要求13所述的消音器，其特征在于，第一板固定于管狀氣流件，第二板與管狀氣流件可相對移動。
17.如權(quán)利要求13所述的消音器，其特征在于，金屬絲網(wǎng)是一扁平管，它繞于管狀氣流件。
18.一種氣體噴射系統(tǒng)包括一壓縮氣流源；一如權(quán)利要求1所述的消音器；以及一與壓縮氣流源和如權(quán)利要求1所述的消音器流體連接，用于帶壓向消音器供氣的供氣系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求18所述的氣體噴射系統(tǒng)，其特征在于，該供氣系統(tǒng)包括一流體連接于帶壓氣流源的供氣管和一流體連接于供氣管的集流管，該消音器連接于該集流管。
20.一種氣體透平系統(tǒng)一透平；一用于向透平供空氣的空氣入口座；以及一如權(quán)利要求18所述的氣體噴射系統(tǒng)，其中，該透平是一壓縮氣流源，該消音器設(shè)置在該空氣入口座上。
21.如權(quán)利要求所述的氣體透平系統(tǒng)，其特征在于，該供氣系統(tǒng)包括一流體連接于該帶壓氣流源的供氣管和一流體連接于該供氣管的集流管，該消音器連接于該集流管，該集流管和該消音器設(shè)置在空氣入口座上。
全文摘要
一種用于減小氣體排放時發(fā)出的噪音的消音器包括一管狀氣流件,它有一側(cè)壁、一和氣源相連的第一開口端、一關(guān)閉的第二端和一設(shè)在側(cè)壁上用于從該氣流件的內(nèi)部通過氣體的開孔。有一多孔的降噪件至少在側(cè)壁上的第一開孔位置包圍管狀氣流件。有一殼體包圍了降噪件,并設(shè)有一通過氣體用的開孔,該開孔和氣流件上的開孔沿外圓周面彼此隔開。在一實施例中,降噪件可是一包繞于管狀氣流件的金屬絲網(wǎng)。
文檔編號F01N1/08GK1191589SQ96195833
公開日1998年8月26日 申請日期1996年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月31日
發(fā)明者達雷爾D·揚 申請人:唐納森公司