开云优惠体育网页版入口

专利名称：一种正弦阻抗复合消声方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210203385.6

专利申请（专利权）人：江苏中奕和创智能开云优惠体育网页版入口有限公司
权利人地址：江苏省泰州市泰兴高新技术产业开发区人才开云优惠体育网页版入口广场

专利发明（设计）人：刘建平,徐桂生,马正鹏

专利摘要：本发明提供的一种正弦阻抗复合消声方法，涉及噪声控制技术领域。正弦阻抗复合消声方法是在需要降噪的排气管道上设置了由正弦阻性、扩张室及共振腔抗性构成的串联消声通道，气体噪音进入正弦阻性消声通道进行中高频消声，气体噪音再进入扩张室及共振腔抗性消声通道进行中低频消声。该方法既可提高总的消声量，又可以改善整个阻抗复合消声通道的消声频率特性。

主权利要求：
1.一种正弦阻抗复合消声方法，其特征在于，所述正弦阻抗复合消声方法是采用一种正弦阻抗串联消声结构，所述正弦阻抗串联消声结构包括正弦阻性消声通道、扩张室及共振腔抗性消声通道，所述消声通道用于气体噪音排放降噪；
所述气体噪音进入所述正弦阻性消声通道进行中高频消声降噪，再进入所述扩张室及共振腔抗性消声通道进行中低频消声降噪；
所述正弦阻性消声通道包括正弦吸声层通道，正弦吸声层通道一端为进气口、正弦吸声层通道外设吸声材料，所述正弦吸声层通道为y=sinx正弦波曲线、沿长度方向设有三个周波，其消声量按式 计算，式中ΔL为正弦吸声层通道的消声量，单位分贝，α为阻性材料的吸声系数，p为气流通道断面周长，单位米，S为气流通道横截面积，单位平方米，L1为正弦吸声层阻性消声通道的长度，单位米；
所述扩张室及共振腔抗性消声通道为扩张室与共振腔的抗性消声串联结构，所述抗性消声串联结构包括第一节共振腔、第二节扩张室、第三节扩张室、第四节共振腔串联，每节长度互不相等；
所述正弦吸声层通道为弯曲成正弦三周波形状的金属管道，所述金属管道上均布N个小孔，所述N个小孔穿孔面积占所述金属管道表面积的20%～25%之间；
所述第一节共振腔长度为L2,所述第一节共振腔内焊接了第一段金属管，所述第一段金属管在所述第一节共振腔内部的管道均布通孔，所述第一段金属管另一端插入所述第二节扩张室，插入长度为所述第二节扩张室长度的二分之一；
所述第二节扩张室长度为L3,所述第二节扩张室右侧焊接了第二段金属管，所述第二段金属管在所述第二节扩张室内部的插入长度为所述第二节扩张室长度的四分之一，所述第二段金属管在所述第三节扩张室内部的插入长度为所述第三节扩张室长度的四分之一；
所述第三节扩张室长度为L4,所述第三节扩张室右侧焊接了第三段金属管，所述第三段金属管在所述第三节扩张室内部的插入长度为所述第三节扩张室长度的二分之一；
所述第四节共振腔长度为L5,所述第四节共振腔内部焊接了第三段金属管，所述第三段金属管在所述第四节共振腔内部的管道均布通孔。 说明书 : 一种正弦阻抗复合消声方法技术领域[0001] 本发明涉及噪声控制技术领域，具体而言，涉及一种针对排气管道的正弦阻抗复合消声方法。背景技术[0002] 排气管中，随着气体的大量排放，常常伴随着吵杂、刺耳的声音，这些噪声严重地干扰了人们的正常工作及生活环境。[0003] 传统的消声方法有阻性消声与抗性消声，阻性消声是利用吸声材料消声的，把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定方式在管道中排列起来，就构成了阻性消声器。阻性消声器主要针对中高频消声，而对于低频声波，效果差。[0004] 抗性消声是通过控制声抗的大小来进行消声的，它是在管道上接截面突变的管段或共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射等现象，从而达到消声目的。抗性消声器是为某一声频特定设计的，主要针对脉冲声源。[0005] 由于传统的消声方法使用范围有限，有些只适用于特定声波频率的声源，不能较好的满足消音除噪的需求，因此有必要研究新的消声方法，目的是对传统消声起到互补作用，满足各行各业对降低噪声的需求。[0006] 有鉴于此，设计制造出一种正弦阻抗复合消声方法，具有宽频范围的降噪功能，高频失效频率更高，低频失效频率更低，消声频谱更宽，消声量更大，可以适用于高、中、低频率范围声波的降噪。发明内容[0007] 本发明的目的在于提供了一种针对排气管道的正弦阻抗复合消声方法，所述正弦阻抗复合消声方法，可用于各种排气设备中，而且，该方法消声频谱更宽，消声量更大，可以适用于高、中、低频率范围声波的降噪，具有极大的推广应用价值和广阔的市场应用前景。[0008] 本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。[0009] 本发明提供的一种正弦阻抗复合消声结构，所述正弦阻抗复合消声结构包括正弦阻性消声通道、扩张室及共振腔抗性消声通道，且为串联结构。所述气体噪音进入正弦阻性消声通道进行中高频降噪，然后再进入扩张室及共振腔抗性消声通道进行中低频降噪。[0010] 所述正弦阻性消声通道由进气口、正弦吸声层通道、吸声材料等构成，由于吸声层制成了正弦波形，当声波通过时，一是增加了反射次数，高频失效频率提高，消声频谱更宽，消声量增大，二是对某些频率的声波产生吻合振动,进一步改善吸声性能，三是能使气流通畅流过，降低阻损。长度为L1的正弦阻性消声通道为y=sinx正弦波曲线吸声层，所述吸声层沿长度方向设有三周波正弦波形状通道，所述三周波正弦波形状通道的正弦曲线长度按式（1）计算，所述正弦阻性消声通道的消声量按式（2）计算。[0011] 式中：ΔL1—正弦阻性消声通道的消声量，dB[0012] α—阻性材料的吸声系数[0013] p—气流通道断面周长，m[0014] S—气流通道横截面积，㎡[0015] L1—正弦阻性消声通道的长度，m[0016] q—三周波正弦波形状通道的正弦曲线长度，m[0017] 所述扩张室及共振腔抗性消声通道包括第一节共振腔、第二节扩张室、第三节扩张室、第四节共振腔，四节串联构成。第二节扩张室与第三节扩张室的入口管和出口管分别插入扩张室内，插入内接管长度等于扩张部分长度的1/2时，能消除奇数倍的通过频率，插入内接管长度为扩张部分长度的1/4时，能消除偶数倍的通过频率。各节扩张室及共振腔长度互不相等，使他们的通过频率（即不消声频率）互相错开，既可提高总的消声量，又可以改善整个阻抗复合消声通道的消声频率特性。对于倍频程，长度为L2共振腔消声量按式（3）计算，长度为L3扩张室消声量按式（4）计算，长度为L4扩张室消声量按式（5）计算，长度为L5共振腔消声量按式（6）计算。[0018] 式中：ΔL2—第一节共振腔的消声量，dB[0019] ΔL3—第二节扩张室的消声量，dB[0020] ΔL4—第三节扩张室的消声量，dB[0021] ΔL5—第四节共振腔的消声量，dB[0022] S0—进排气通道横截面积，㎡[0023] S3—第二节扩张室横截面积，㎡[0024] S4—第三节扩张室横截面积，㎡[0025] V2—第一节共振器空腔体积，m3[0026] V5—第四节共振器空腔体积，m3[0027] G2—第一节共振腔的传导率，m[0028] G5—第四节共振腔的传导率，m[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0030] 本发明主要针对排气管道的降噪，适用于低频、中频及高频噪声源的抑制。利用y=sinx正弦波曲线吸声通道，一是增加了反射次数，高频失效频率提高，中高频消声频谱更宽，消声量更大，二是对某些频率的声波产生吻合振动,进一步改善吸声性能，三是能使气流通畅流过，降低阻损。利用扩张室、共振腔抗性的串联消声通道，中低频消声频谱更宽，串联叠加使消声量增大。附图说明[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。[0032] 图1为正弦阻抗复合消声结构示意图。[0033] 图2为扩张室插入内接管的结构示意图。[0034] 图3为扩张室插入内接管后能消除奇、偶数倍通过频率的消声频谱图。[0035] 图4为LOMBADINI公司生产的LDW702柴油机排气噪声测试频谱图。[0036] 在图1中，1?进气口、2?阻性材料、3?正弦三周波形状的金属管、4?第一段金属管穿孔管、5?第一段金属管插入管、6?第二段金属管、7?第三段金属管插入管、8?第三段金属管穿孔管、9?排气口、10?第四节共振腔、11?第三节扩张室、12?第二节扩张室、13?第一节共振腔。[0037] 在图2中，14?无插入管扩张室的消声频谱 15?带插入管扩张室的消声频谱。具体实施方式[0038] 以下结合实施例对本发明作进一步说明。[0039] 如图1所示，正弦阻抗复合消声结构由进气口1、阻性材料2、弯曲成正弦三周波形状的金属管3、第一段金属管穿孔管4、第一段金属管插入管5、第二段金属管6、第三段金属管插入管7、第三段金属管穿孔管8、排气口9、第四节共振腔10、第三节扩张室11、第二节扩张室12、第一节共振腔13等组成。长度为L1的正弦阻性消声通道由进气口1、阻性材料2、正弦三周波形状的金属管3构成，金属管3的表面均布N个小孔，穿孔总面积占金属管3表面积的20%～25%之间，以便形成良好的微孔吸声结构。第一段金属管穿孔管4的穿孔面积按式（7）计算，第三段金属管穿孔管8的穿孔面积按式（8）计算。[0040] 式中：A2 — 第一段金属管穿孔管4的穿孔面积，㎡[0041] A5 — 第三段金属管穿孔管8的穿孔面积，㎡[0042] t — 穿孔板厚度，m[0043] d — 孔径，m[0044] 本发明的工作原理：在需要降噪的排气管道上设置了由正弦阻性、扩张室及共振腔抗性构成的串联消声通道，气体进入正弦阻性消声通道进行中高频消声，气体再进入扩张室及共振腔抗性消声通道进行中低频消声。正弦阻性消声通道由进气口、正弦吸声层通道、吸声材料等构成，由于吸声层制成了正弦波形，当声波通过时，一是增加了反射次数，高频失效频率提高，消声频谱更宽，消声量增大，二是对某些频率的声波产生吻合振动,进一步改善吸声性能，三是能使气流通畅流过，降低阻损。本发明扩张室及共振腔抗性消声通道由两节扩张室与两节共振腔串联构成，扩张室的入口管和出口管分别插入扩张室内，插入内接管长度等于扩张部分长度的1/2时，能消除奇数倍的通过频率，插入内接管长度为扩张部分长度的1/4时，能消除偶数倍的通过频率，多节扩张室及共振腔长度互不相等或插入内接管分别为1/2、1/4长短在每节扩张室的前后顺序颠倒，使他们的通过频率（即不消声频率）互相错开，既可提高总的消声量，又可以改善整个阻抗复合消声通道的消声频率特性。[0045] 图2中，扩张室的入口管和出口管分别插入扩张室内，前端插入内接管长度等于扩张部分长度的1/4时，后端插入内接管长度为扩张部分长度的1/2，其消声频谱图如图3。[0046] 如图4所示为LOMBADINI公司生产的LDW702柴油机排气噪声测试频谱图，频率63Hz有个98dB(A)的噪声峰值，125Hz有个102dB(A)的噪声峰值，160Hz～1000Hz频段范围噪声值约在78～92dB(A)，1000Hz～10000Hz频段范围噪声值约在84～95dB(A)，超过10000Hz的频段噪声呈现明显下降趋势。柴油机排气口管径为Ф50毫米。[0047] 1．降噪方案[0048] 第一节共振腔13解决中心频率63Hz噪声倍频带的降噪；[0049] 第四节共振腔10解决中心频率125Hz噪声倍频带的降噪；[0050] 第二节扩张室12解决160～500Hz频率段的降噪；[0051] 第三节扩张室11解决500～1000Hz频率段的降噪；[0052] 正弦阻性消声通道由进气口1、阻性材料2、正弦三周波形状的金属管3构成，解决250～16000Hz频率段的降噪。[0053] 2．消声结构设计计算[0054] 2.1共振腔[0055] 已知柴油机排气管通道直径0.05米，排气管通道面积S0=0.0252? =0.002米2。考虑到消声结构设计统一性并经试验分析，第一节共振腔横截面积S2与第四节共振腔横截面积2S5设为相等，且S2=S5=0.12米。[0056] 2.1.1第一节共振腔消声结构的设计计算[0057] 长度为L2第一节共振腔需解决中心频率63Hz噪声倍频带消声问题，通过研究性试3 2验设定V2为0.23米，用公式G2=(2? f/c) V2带入公式(3)，求出第一节共振腔的消声量。[0058] V2=0.23米3[0059] L2=V2/(S2?S0)=0.23÷(0.12?0.002)≈1.9米[0060] G2={(2×3.14×63)÷340}2×0.23≈0.31米[0061][0062] ΔL2=10lg{1+(0.31×0.23)÷(2×0.002×0.002)}≈40dB(A)[0063] 第一段金属穿孔管4的穿孔面积按式（7）计算，选用管壁厚度t=2毫米,孔径d=5毫米。[0064][0065] A2=0.31×(0.002+0.25×3.14×0.005)≈0.0018米2[0066] 设第一段金属管穿孔管4的开孔数为n2。[0067] n2=A2÷(0.25? d2)=0.0018÷(0.25×3.14×0.005×0.005)≈92[0068] 这样，所设计第一节共振腔内部的第一段金属穿孔管4为：内管壁厚2毫米，开Φ5毫米的孔共92个，并在第一段金属穿孔管4中部均匀排列。[0069] 2.1.2第四节共振腔消声结构的设计计算[0070] 长度为L5第四节共振腔需解决中心频率125Hz噪声倍频带消声问题，通过研究性3 2试验设定V5为0.2米，用公式G5=(2? f/c) V5带入公式(6)，求出第四节共振腔的消声量。[0071] V5=0.2米3[0072] L5=V5/(S5?S0)=0.2÷(0.12?0.002)≈1.69米[0073] G5={(2×3.14×125)÷340}2×0.2≈1.07米[0074][0075] 第四段金属穿孔管8的穿孔面积按式（8）计算，选用管壁厚度t=2毫米,孔径d=5毫米。[0076][0077] A5=1.07×(0.002+0.25×3.14×0.005)≈0.006米2[0078] 设第四段金属穿孔管8的开孔数为n5。[0079] n5=A5÷(0.25? d2)=0.006÷(0.25×3.14×0.005×0.005)≈306[0080] 这样，所设计第四节共振腔内部的第四段金属穿孔管8为：内管壁厚2毫米，开Φ5毫米的孔共306个，并在第四段金属穿孔管8中部均匀排列。[0081] 2.2扩张室[0082] 已知柴油机排气管通道直径0.05米，考虑到消声结构设计统一性，经分析扩张室的扩张比为m=60，第二节扩张室横截面积S3与第三节扩张室横截面积S4设为相等。[0083] 2.2.1第二节扩张室消声结构计算[0084] 第二节扩张室解决160～500Hz频率段的降噪，长度为L3第二节扩张室消声量按式（4）计算[0085][0086] S0=0.025×0.025×3.14≈0.002米2[0087] S3=mS0=60×0.002≈0.12米2[0088] fmax=(160+500)÷2=330Hz[0089] L3=c/(4fmax)=340/(4×330)=0.3米。[0090] ΔL3=10lg{1+0.25×(0.12÷0.002?0.002÷0.12)2}[0091] ≈30dB(A)[0092] 2.2.2第三节扩张室消声结构计算[0093] 第二节扩张室解决500～1000Hz频率段的降噪，长度为L4第三节扩张室消声量按式（5）计算[0094][0095] S0=0.025×0.025×3.14≈0.002米2[0096] S4=mS0=60×0.002≈0.12米2[0097] fmax=(500+1000)÷2=750Hz[0098] L4=c/(4fmax)=340/(4×750)=0.11米。[0099] ΔL4=10lg{1+0.25×(0.12÷0.002?0.002÷0.12)2}[0100] ≈30dB(A)[0101] 2.3正弦阻性消声通道[0102] 正弦阻性消声通道由进气口1、阻性材料2、正弦三周波形状的金属管3构成，解决250～16000Hz频率段的降噪。[0103] 已知柴油机排气管通道直径0.05米，考虑到消声结构设计的统一性，S1=S2=S5=S3=S4,L1设为0.7米,阻性吸声材料采用耐高温岩棉，平均吸声系数a为0.6。[0104] S0=0.025×0.025×3.14≈0.002米2[0105] P=0.05×3.14≈0.157米[0106] 所述正弦阻性消声通道的消声量按式（2）计算。[0107][0108] ΔL1=（1.95×0.6×0.157×0.7）÷0.002≈64dB(A)[0109] 2.4结论分析[0110] 2.4.1消声频谱范围[0111] 消声频谱范围：10Hz～16000Hz[0112] 2.4.2各频段的消声计算值[0113] 在10Hz～80Hz频段范围，第一节共振腔最大消声量约40dB(A)；[0114] 在80Hz～160Hz频段范围，第四节共振腔最大消声量约44dB(A)；[0115] 在160Hz～500Hz频段范围，第二节扩张室最大消声量约30dB(A)，其中在250Hz～500Hz频段范围，正弦阻性消声通道消声量约60dB(A)；[0116] 在1000Hz～16000Hz频段范围，正弦阻性消声通道消声量约60dB(A)。[0117] 2.4.3样机验证[0118] 柴油机排气噪声实测值：97dB(A)；[0119] 加装本消声器后排气噪声实测值：47dB(A)；[0120] 降噪量：50dB(A)。

专利地区：江苏

专利申请日期：2022-03-03

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN114607486B