專利名稱：用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，適用于各類熱動(dòng)力裝置的高溫尾氣及冷卻液混合后的氣液排廢噪聲消除。
背景技術(shù)：
在各類熱動(dòng)力裝置的應(yīng)用場合，噪聲問題因其特殊的重要性而受到廣泛重視。噪聲源之一來自熱動(dòng)力裝置的尾氣排放。熱動(dòng)力裝置產(chǎn)生的大量廢氣，與冷卻水混合后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)排氣管排入外界環(huán)境，這一過程產(chǎn)生強(qiáng)噪聲。
目前，針對各類熱動(dòng)力排氣噪聲，美國、俄羅斯等國均展開深入研究，但很少有詳細(xì)的公開報(bào)道。目前，國內(nèi)很少有針對安裝在熱動(dòng)力裝置后的旋轉(zhuǎn)管路內(nèi)氣液混合流動(dòng)噪聲的專門噪音控制結(jié)構(gòu)。主要技術(shù)難題有
1、旋轉(zhuǎn)排氣管內(nèi)空間有限。目前常規(guī)消聲器主要有抗式消聲和阻式消聲，或阻抗結(jié)合，但都是依靠充足的容積變換來實(shí)現(xiàn)噪聲控制，而尾氣排氣管的有限空間對消聲器結(jié)構(gòu)的要求很高；
2、氣液混合流問題。目前大多說消聲器主要用于氣相消聲，而對液相消聲器和氣液混合消聲器極為少見。熱動(dòng)力排廢管內(nèi)的氣液混合要求設(shè)計(jì)消聲器能適用于氣液混合排廢消聲。
3排氣管路的低流阻要求。過大的管路流阻影響上游熱動(dòng)力裝置的正常工作，消聲結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅要考慮降噪效果，還要考慮流阻的損失。
綜上，對熱動(dòng)力排氣噪聲消聲器的設(shè)計(jì)，要綜合考慮降噪效果，流阻損失及氣液混合流的分離等問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種降噪效果好的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置， 包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管內(nèi)的導(dǎo)向葉片組件、控渦結(jié)構(gòu)、隔板I、隔板II 和隔板III ；
導(dǎo)向葉片組件、隔板I、隔板II和隔板III均與尾氣排氣管固定相連，控渦結(jié)構(gòu)與導(dǎo)向葉片組件的尾部固定相連；導(dǎo)向葉片組件和隔板I之間的尾氣排氣管內(nèi)腔形成共振腔室I，隔板I和隔板II之間的尾氣排氣管內(nèi)腔形成共振腔室II，隔板II和隔板III之間的尾氣排氣管內(nèi)腔形成共振腔室III ；
隔板I、隔板II和隔板III的中心均設(shè)有中心通孔，隔板I、隔板II和隔板III的邊緣處均設(shè)有至少3個(gè)的均勻排列的邊緣通孔。
作為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的改進(jìn)導(dǎo)向葉片組件包括葉片軸和2 4片的葉片，每片葉片的外出口角β 1為30° 60°，每片葉片的內(nèi)出口角β2為 35° 55° ο
作為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的進(jìn)一步改進(jìn)葉片的包角范圍為90° 180°。
作為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的進(jìn)一步改進(jìn)控渦結(jié)構(gòu)的外表面與導(dǎo)向葉片組件的葉片軸的外表面呈光滑連接。
作為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的進(jìn)一步改進(jìn)隔板I、隔板 II和隔板III的邊緣通孔的數(shù)量依次增多。
作為本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的進(jìn)一步改進(jìn)導(dǎo)向葉片組件的軸心線與尾氣排氣管的軸心線相重合。
本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，利用熱動(dòng)力排氣管旋轉(zhuǎn)特性，首先設(shè)計(jì)導(dǎo)向葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行氣液相分離；另，設(shè)計(jì)消聲結(jié)構(gòu)控制排廢噪聲；控渦結(jié)構(gòu)等的設(shè)計(jì)還能有效控制排氣管路的阻力損失。
由于氣液流體對排氣管內(nèi)噪聲影響較大，液滴在管內(nèi)沖撞可能產(chǎn)生新的噪聲，而且氣液混流影響后續(xù)消聲器的性能。而單純依賴排氣管管壁旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)管內(nèi)氣體旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力不能將排氣管內(nèi)的氣液分離。綜上要求，設(shè)計(jì)導(dǎo)向葉片組件，依靠導(dǎo)向葉片組件在隨排氣管旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生切向速度，分離氣液兩相。為減小導(dǎo)向葉片組件的流阻，同時(shí)也要滿足其為氣液相提供足夠的離心力，因此設(shè)計(jì)成導(dǎo)向葉片組件的軸心線與尾氣排氣管的軸心線相重合。
氣流經(jīng)過導(dǎo)向葉片組件后在其后尾產(chǎn)生渦流，渦流的存在會(huì)產(chǎn)生新的流動(dòng)阻力， 而且會(huì)產(chǎn)生新的流動(dòng)噪聲。控渦結(jié)構(gòu)的圓滑過渡的曲面設(shè)計(jì)(即控渦結(jié)構(gòu)的外表面與導(dǎo)向葉片組件的葉片軸的外表面呈光滑連接)能引導(dǎo)氣流流動(dòng)，避免渦流的產(chǎn)生。
共振腔室I、共振腔室II、共振腔室III通過隔板I、隔板II和隔板III上分別設(shè)置的中心通孔相連通，形成腔室消聲器，用于降噪。在隔板I、隔板II和隔板III的邊緣處 (即指與尾氣排氣管的接觸邊緣處)設(shè)置的邊緣通孔，使氣液混合相中的液相在導(dǎo)向葉片組件及旋轉(zhuǎn)的尾氣排氣管的作用下被甩向尾氣排氣管的管壁，液體在“趨壁”效應(yīng)和氣流的軸向速度作用下沿管壁向下游移動(dòng)，即，上述邊緣通孔作為液相的流道而存在。
綜上所述，本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，采用了導(dǎo)向葉片設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)氣液相的分離。在本發(fā)明中還設(shè)計(jì)控渦結(jié)構(gòu)，從而防止葉片出口中心處的渦流，控制排氣管路流阻在一定范圍內(nèi)。在本發(fā)明中，隔板及其中心孔的設(shè)計(jì)，形成腔室結(jié)構(gòu)消聲器， 有助于降低排氣噪聲。在本發(fā)明中，隔板邊緣通孔的設(shè)計(jì)為被分離的液體提供流道，防止確保氣液兩相二次混合。因此，本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)。
1目前基本沒有專門用于氣液介質(zhì)的消聲器，本發(fā)明填補(bǔ)了這方面的空缺；
2本發(fā)明專利充分利用熱動(dòng)力裝置的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)氣液兩相的分離；
3本發(fā)明空間結(jié)構(gòu)緊湊，源于分離后的氣體降噪所需空間遠(yuǎn)低于氣液降噪所需空間；
4本發(fā)明降噪頻段針對性強(qiáng)。針對不同的熱動(dòng)力噪聲特性，可適當(dāng)調(diào)整隔板I、隔板II和隔板III，針對特定頻段的噪聲進(jìn)行降噪。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖0是本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置的總剖視結(jié)構(gòu)圖1是圖0中的導(dǎo)向葉片組件100的三維立體圖 1 中，
左圖是導(dǎo)向葉片組件100的三維立體中圖和右圖是對導(dǎo)向葉片組件100結(jié)構(gòu)參數(shù)的說明；
圖2是圖1中的導(dǎo)向葉片組件100與控渦結(jié)構(gòu)200在氣排氣管12內(nèi)的連接關(guān)系示意圖 2 中，
左圖是導(dǎo)向葉片組件100與控渦結(jié)構(gòu)200的連接關(guān)系的主視示意中圖是左圖的右視示意右圖是左圖中的導(dǎo)向葉片組件100被剖切后的示意圖3是圖1中導(dǎo)向葉片組件100與控渦結(jié)構(gòu)200的三維立體圖 3 中，
左圖是葉片21為4片時(shí)的示意中圖是葉片21為3片時(shí)的示意右圖是葉片21為2片時(shí)的示意圖4是圖0中A-A剖的剖視示意圖5是圖0中B-B剖的剖視示意圖6是圖0中C-C剖的剖視示意圖7是圖0的實(shí)際使用狀態(tài)示意圖8是圖7中的閥座600的結(jié)構(gòu)示意圖9是圖0在實(shí)驗(yàn)1中的標(biāo)注具體尺寸的示意圖10圖9中的導(dǎo)向葉片組件100的標(biāo)注具體尺寸的示意圖11是比較實(shí)驗(yàn)1所述直板導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)圖12是本發(fā)明的距葉片出口 120mm處切向速度沿徑向分布規(guī)律圖13是不同粒徑的液體在管內(nèi)徑向位置分布規(guī)律圖14是本發(fā)明的加隔板結(jié)構(gòu)的傳遞損失結(jié)果結(jié)果圖15是對比例1的距直板導(dǎo)葉出口 120mm處切向速度分布規(guī)律圖16是不加隔板結(jié)構(gòu)的傳遞損失圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1、圖0 圖6結(jié)合給出了一種用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管12內(nèi)的導(dǎo)向葉片組件100、控渦結(jié)構(gòu)200、隔板 1300、隔板 11400 和隔板 III500 ；
導(dǎo)向葉片組件100由1個(gè)葉片軸10和在葉片軸10上均勻設(shè)置的2 4片的葉片 21組成，葉片21的包角(即一個(gè)葉片水平投影的扇形所夾圓心角)范圍為90° 180°。 葉片21的外出口角β 1 (即葉片21的軸柱面展開平面中，葉片21與葉片軸10所交的交線與水平線之間的夾角，如圖1所示)為30° -60°，葉片21的內(nèi)出口角β2(即排氣管12 的柱面展開平面中，葉片21與排氣管12所交的交線與水平線之間的夾角，如圖1所示)為 35° -55°。每片葉片21的外緣均與尾氣排氣管12的管壁連接為一體，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向葉片組件100依靠尾氣排氣管12支撐。葉片軸10的軸心線與尾氣排氣管12的軸心線相重合。
控渦結(jié)構(gòu)200尾隨在導(dǎo)向葉片組件100的后面，控渦結(jié)構(gòu)200與葉片軸10的后端以焊接的方式固定相連(從而實(shí)現(xiàn)了與導(dǎo)向葉片組件100底部中心固定相連)，該控渦結(jié)構(gòu) 200的外表面流線型設(shè)計(jì)(即與葉片軸10的外表面呈光滑連接)，從而誘導(dǎo)氣流流動(dòng)，防止渦流及流噪聲產(chǎn)生；即，實(shí)現(xiàn)了利用流體的“趨壁”效應(yīng)引流并避免渦流。
隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500為大小和厚度均相同的圓形隔板，其直徑等于尾氣排氣管12的內(nèi)徑。隔板1300、隔板ΙΙ400和隔板ΙΙΙ500均與尾氣排氣管12的內(nèi)壁固定相連。
隔板1300具體如圖4所示在隔板1300的中心設(shè)有中心通孔沈，在隔板1300邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)設(shè)有3個(gè)均勻排列的邊緣通孔51 (呈半圓形)。
隔板ΙΙ400具體如圖5所示在隔板ΙΙ400的中心設(shè)有中心通孔32，在隔板ΙΙ400 邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)有4個(gè)的均勻排列的邊緣通孔61 (呈半圓形)。
隔板ΙΙΙ500具體如圖6所示在隔板ΙΙΙ500的中心設(shè)有中心通孔39，在隔板 ΙΙΙ500邊緣處(即指與尾氣排氣管12的接觸邊緣處)設(shè)有6個(gè)的均勻排列的邊緣通孔 81(呈半圓形)。
上述中心通孔沈的中心、中心通孔32的中心、中心通孔39的中心均與尾氣排氣管12的軸心線相重合，上述通孔的作用是為氣流提供通道。
導(dǎo)向葉片組件100(包括尾隨的控渦結(jié)構(gòu)200)、隔板1300、隔板II400和隔板 III500相互之間均間隔一定的距離。位于導(dǎo)向葉片組件100(包括尾隨的控渦結(jié)構(gòu)200)和隔板1300之間的尾氣排氣管12內(nèi)腔形成共振腔室120，位于隔板1300和隔板II400之間的尾氣排氣管12內(nèi)腔形成共振腔室1130，位于隔板II400和隔板III500之間的尾氣排氣管12內(nèi)腔形成共振腔室11140。共振腔室120、中心通孔沈、共振腔室1130、中心通孔32、 共振腔室11140、中心通孔39依次相連通，從而形成連貫的腔室，氣流經(jīng)中心通孔(沈，32， 39)進(jìn)入相應(yīng)的腔室后體積膨脹擴(kuò)大，起到消聲的作用。
本發(fā)明的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置實(shí)際使用時(shí)，如圖7和圖8所示被安裝在熱動(dòng)力裝置下游，并在尾氣排氣管12的排氣口安裝排氣閥700。在尾氣排氣管12內(nèi) (靠近尾氣排氣管12的排氣口處)設(shè)置閥座600，軸92的右端穿過閥座600的中心通孔后與排氣閥700固定相連，軸92的左端設(shè)有定位凸臺(tái)95，在軸92上套裝有彈簧94，彈簧94 的兩端分別抵著定位凸臺(tái)95和閥座600。注圖7中的90代表氣流出口。
尾氣排氣管12在熱動(dòng)力裝置下繞中心線(即，軸心線)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)導(dǎo)向葉片組件100、控渦結(jié)構(gòu)200、隔板1300、隔板11400、隔板111500、閥座600和排氣閥700 —起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
在有氣流11進(jìn)入尾氣排氣管12內(nèi)時(shí)，氣流克服彈簧94的阻力，使排氣閥700呈打開狀態(tài)；同理，在無氣流進(jìn)入尾氣排氣管12內(nèi)時(shí)，排氣閥700呈關(guān)閉狀態(tài)。
實(shí)驗(yàn)1、實(shí)施例1所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，具體尺寸如圖9和圖10所示。尾氣排氣管12的內(nèi)徑為80mm，導(dǎo)向葉片組件100與隔板1300之間的間距為 220mm,隔板1300與隔板II400之間的間距為100mm，隔板II400與隔板III500之間的間距為100mm，隔板III500距離尾氣排氣管12的排氣口 IOOmm沖心通孔26、中心通孔32和中心通孔39的直徑均為16mm，邊緣通孔51、邊緣通孔61和邊緣通孔81的半徑均為8mm ’導(dǎo)向葉片組件100上的葉片21為圓弧葉片，包角為90°，葉片21總長為30mm(即對應(yīng)圖1中的h)，葉片21的個(gè)數(shù)為4。
采用商用Fluent軟件中的DPM(顆粒軌跡)模型評估該結(jié)構(gòu)分離氣液兩相的能力，流體入口軸向速度為100m/S，液體入口濃度為0. 5kg/So
圖12是距葉片21出口 120mm處切向速度沿徑向的分布規(guī)律，最大切向速度可達(dá)到lOOm/s，切向速度越大，顆粒越容易被分離。圖13是距葉片21出口 120mm處顆粒在徑向位置的分布規(guī)律。由圖13可知，粒徑為0.001mm和0.005mm的水滴在中心區(qū)(-0. 0; 0. 03m)內(nèi)分布還比較廣，而粒徑大于0. 005mm的水滴大多集中在邊壁區(qū)，可見該結(jié)構(gòu)能有效的將液體顆粒分離到排氣管的邊壁面。
同時(shí)采用商用Sysnoise軟件評估該結(jié)構(gòu)的消聲降噪性能。傳遞損失是用來評估消聲降噪效果的重要參數(shù)。Sysnoise計(jì)算該結(jié)構(gòu)的傳遞損失如圖14所示。傳遞損失越大， 降噪效果越明顯，圖14結(jié)果說明該結(jié)構(gòu)的焦躁效果非常的明顯，在4000-5000HZ處的傳遞損失為65分貝。
對比實(shí)驗(yàn)1 更改實(shí)施例1中的葉片結(jié)構(gòu)(如圖11所示)，將葉片21的結(jié)構(gòu)改為直板導(dǎo)葉，即，葉片曲面為平面，葉片21的長度仍為30mm，葉片21的數(shù)量仍為4，其余同實(shí)施例1 ；然后如同實(shí)驗(yàn)1進(jìn)行檢測，距導(dǎo)葉出口 120mm處的切向速度如圖15所示，與圖12相比較，最大切向速度減小近90%。切向速度越大，越有利于液滴被分離到壁面。
對比實(shí)驗(yàn)2 尾氣排氣管12是直通圓管，故將實(shí)施例1中的所有隔板(即隔板 1300、隔板II400和隔板III500)均去掉，其余同實(shí)施例1 ；然后如同實(shí)驗(yàn)1進(jìn)行檢測，計(jì)算其傳遞損失；如圖16所示，直通管的傳遞損失幾乎為零，即直通管對上游的噪聲幾乎不會(huì)起到降噪的作用。
最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的若干個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求
1.用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管(12)內(nèi)的導(dǎo)向葉片組件(100)、控渦結(jié)構(gòu)(200)、隔板I (300)、隔板IK400)和隔板 111(500)；所述導(dǎo)向葉片組件(100)、隔板I (300)、隔板11(400)和隔板111(500)均與尾氣排氣管(12)固定相連，所述控渦結(jié)構(gòu)(200)與導(dǎo)向葉片組件(100)的尾部固定相連；所述導(dǎo)向葉片組件(100)和隔板1(300)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室I (20)，所述隔板1(300)和隔板11(400)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室II (30)，所述隔板 11(400)和隔板III (500)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室III (40)；所述隔板I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的中心均設(shè)有中心通孔，所述隔板 I (300)、隔板II (400)和隔板III (500)的邊緣處均設(shè)有至少3個(gè)的均勻排列的邊緣通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是所述導(dǎo)向葉片組件(100)包括葉片軸(10)和2 4片的葉片(21)，每片葉片的外出口角β 為30° 60°，每片葉片的內(nèi)出口角β2為;35° 55°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是葉片的包角范圍為90° 180°。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是所述控渦結(jié)構(gòu)(200)的外表面與導(dǎo)向葉片組件(100)的葉片軸(10)的外表面呈光滑連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是所述隔板 1(300)、隔板11000)和隔板III (500)的邊緣通孔的數(shù)量依次增多。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，其特征是所述導(dǎo)向葉片組件(100)的軸心線與尾氣排氣管(12)的軸心線相重合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于旋轉(zhuǎn)氣液混合流動(dòng)噪聲控制裝置，包括按照氣流方向依次排列在的尾氣排氣管(12)內(nèi)的導(dǎo)向葉片組件(100)、控渦結(jié)構(gòu)(200)、隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)；導(dǎo)向葉片組件(100)和隔板I(300)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室I(20)，隔板I(300)和隔板II(400)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室II(30)，隔板II(400)和隔板III(500)之間的尾氣排氣管(12)內(nèi)腔形成共振腔室III(40)；隔板I(300)、隔板II(400)和隔板III(500)均設(shè)有中心通孔和邊緣通孔。該裝置具有降噪效果好的特點(diǎn)。
文檔編號F01N13/08GK102518498SQ201110439979
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月25日
發(fā)明者吳大轉(zhuǎn), 戴維平, 杜韜, 王樂勤, 許偉偉, 陳一偉 申請人:浙江大學(xué)