專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道中軸流機(jī)械流動(dòng)噪聲的控制技術(shù)，特別涉及一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，通過(guò)聲學(xué)自抵消原理對(duì)軸流式流體機(jī)械流動(dòng)噪聲進(jìn)行控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的軸流機(jī)械(風(fēng)扇、水泵)存在很強(qiáng)的流動(dòng)噪聲，是管路系統(tǒng)的重要噪聲源，不僅影響了工作場(chǎng)所和周?chē)h(huán)境，也嚴(yán)重影響了人們的身心健康和工作效率。目前管道噪聲控制主要有安裝消聲器、敷設(shè)吸聲材料和主動(dòng)控制三種途徑。為了降低軸流機(jī)械的流動(dòng)噪聲，人們一般在管路系統(tǒng)中安裝消聲器等降噪設(shè)備，但是由于尺寸的限制，尤其是水管路系統(tǒng)中，消聲器并不能有效的降低軸流機(jī)械的低頻噪聲。在管道中敷設(shè)吸聲材料主要針對(duì)的是中高頻噪聲，對(duì)低頻噪聲并沒(méi)有明顯的控制效果。主動(dòng)控制作為近些年發(fā)展起來(lái)的噪聲控制方法，在算法穩(wěn)定性和次級(jí)源方面還有許多問(wèn)題需要克服，離實(shí)際應(yīng)用還有一些距離。Neise (1992)總結(jié)了旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械流動(dòng)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理。旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械流動(dòng)噪聲主要是由于葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)械內(nèi)部的流體運(yùn)動(dòng)，流體與葉輪、殼體等周期性相互作用以及流體本身的湍流引起的。旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械流動(dòng)噪聲表現(xiàn)為離散噪聲和寬帶噪聲的疊加，其能量主要集中在離散噪聲處。離散噪聲主要由流體與葉輪相互作用產(chǎn)生的，具有明顯的偶極子特性，即流體機(jī)械的上游和下游的聲波具有大小相等，相位相差180°的特點(diǎn)。Baade (1977)、Margetts (1987)和Abom(1995)等人對(duì)管道中風(fēng)扇噪聲源的偶極子特性予以了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但是在軸流機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用中，通常需要把軸流機(jī)械的上下游分隔開(kāi)，用以滿(mǎn)足流體力學(xué)特性的需要，在這種使用條件下，由于上下游的聲場(chǎng)被分開(kāi)，原本是偶極子聲源的軸流機(jī)械，在上游和下游均成為單極子輻射，因而導(dǎo)致嚴(yán)重的流動(dòng)噪聲問(wèn)題。Bolton(2006)等人對(duì)電子設(shè)備中的風(fēng)扇周?chē)褂酶袅魍嘎暤牟牧洗嬖械谋诿妫B通了風(fēng)扇上下游的聲場(chǎng)，從而降低了風(fēng)扇的輻射噪聲。旁通管是一種常見(jiàn)的管道消聲裝置。國(guó)內(nèi)外對(duì)旁通管的消聲特性已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究。Selamet等人(1994)和戴根華、田瑞(1995)等人用平面波理論研究了普通旁通管的聲傳遞特性，接著Selamet等人(1997)繼續(xù)研究了只考慮平面波時(shí)多個(gè)并聯(lián)的旁通管的傳遞特性。Torregrosa等(2000)和國(guó)內(nèi)的朱之墀等人(1997)研究了有流情況下旁通管的傳遞特性。Brady(2002)考慮了高階模態(tài)對(duì)旁通管吸聲效果的影響，并把多個(gè)旁通管應(yīng)用于飛機(jī)引擎降噪。Panigrah和Munjal (2005)給出了具有各種不同的旁通管的裝置傳遞特性的一般化的算法。Poirier等(2011)研究了管道中既有旁通管也敷設(shè)吸聲材料時(shí)的傳遞特性。但是從未有人研究過(guò)把旁通管接在流體機(jī)械的葉輪兩側(cè)時(shí)對(duì)低頻噪聲的影響?？傊?，流體機(jī)械的流動(dòng)噪聲問(wèn)題對(duì)人們的生產(chǎn)生活有很大影響，安裝消聲器對(duì)低頻部分幾乎沒(méi)有作用，主動(dòng)噪聲控制的方法距離實(shí)際應(yīng)用還有一些問(wèn)題需要解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，從而提供一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，所述的軸流機(jī)械是葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于:所述的軸流機(jī)械管道的外側(cè)通過(guò)設(shè)置一環(huán)形管道將軸流機(jī)械的葉輪兩側(cè)連通起來(lái)，該環(huán)形管道中充滿(mǎn)的液體與軸流機(jī)械中的液體相同，所述的環(huán)形管道的兩端和軸流機(jī)械管道的殼體的連接處通過(guò)隔流透聲裝置把流體隔開(kāi)。所述隔流透聲裝置是安裝在原有軸流機(jī)械殼體上，能阻止流動(dòng)透過(guò)殼體，而使聲波在其中順利傳播，從而能使流體機(jī)械上下游聲場(chǎng)連通的裝置。作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述的軸流機(jī)械是軸流風(fēng)扇或軸流泵。作為上述技術(shù)方案的又一種改進(jìn)，所述的隔流透聲裝置為片狀透聲橡膠。軸流機(jī)械的流動(dòng)噪聲來(lái)源與葉輪、流體以及殼體的相互作用，是典型的偶極子聲源。但是在實(shí)際應(yīng)用中，軸流機(jī)械總是與管道相連，由于管道的限制作用，軸流機(jī)械上游和下游分別成為同幅反相的單極子聲源。本發(fā)明根據(jù)管道中軸流機(jī)械輻射聲場(chǎng)的偶極子特性，通過(guò)隔流透聲裝置把聲源上游和下游的聲場(chǎng)連通起來(lái)，從而使同幅反相的聲波部分相互抵消，達(dá)到降低噪聲輻射的目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明通過(guò)隔流透聲的裝置，在軸流機(jī)械上游和下游建立聲學(xué)自抵消通道，使軸流機(jī)械上游和下游的同幅反相的聲波部分抵消，從而降低軸流機(jī)械的流動(dòng)噪聲。且該技術(shù)方案實(shí)施簡(jiǎn)單便利，能有效的降低管道中軸流機(jī)械的流動(dòng)噪聲，尤其低頻流動(dòng)噪聲。


圖1是本發(fā)明管道中軸流機(jī)械流動(dòng)噪聲自抵消控制結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是本發(fā)明自抵消控制方法的插入損失仿真結(jié)果的對(duì)比示意圖；圖3是本發(fā)明管道中軸流機(jī)械流動(dòng)噪聲自抵消控制結(jié)構(gòu)的另一示意圖；附圖標(biāo)識(shí)1、軸流機(jī)械管道 2、旁通管 3、葉輪4、隔流透聲裝置
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的通過(guò)下面參照附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更清楚，其中:如圖1所示，是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。該結(jié)構(gòu)是在軸流機(jī)械的葉輪3兩側(cè)用環(huán)形管道2將軸流機(jī)械管道I連通起來(lái)，連通的旁通管道中的液體與軸流機(jī)械中的一致，在環(huán)形管道2連通軸流機(jī)械管道I的連接處用隔流透聲裝置4，本例中，采用橡膠，把流體隔開(kāi)。這樣既可以使聲波順利通過(guò)又保證流體機(jī)械的動(dòng)力學(xué)特性。如圖2所示，是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)采用自抵消控制方法的插入損失結(jié)果。軸流機(jī)械管道截面積0.0lm2,聲源是偶極子源，環(huán)形連通管道長(zhǎng)度0.Sm,截面積0.0lm2,環(huán)形連通管道之間的主管道長(zhǎng)度為lm，介質(zhì)為水。圖2表示使用圖1自抵消控制方法和傳統(tǒng)的旁通管道控制方法在O到500Hz的流動(dòng)噪聲插入損失對(duì)比。橫軸代表頻率，縱軸代表插入損失。實(shí)線(xiàn)是自抵消旁通管道的結(jié)果，虛線(xiàn)是普通旁通管道的結(jié)果，圖中可以看出在傳統(tǒng)消聲措施幾乎無(wú)能為力的極低頻率情況下，本發(fā)明的方法有5dB左右的插入損失。因?yàn)槠胀ㄅ酝ü艿朗窃诹黧w機(jī)械的上游或下游的管道直接外接一段管道來(lái)達(dá)到噪聲控制的目的，普通旁通管道在旁通管和主管道的長(zhǎng)度差為半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍以及旁通管道和主管道的長(zhǎng)度之和為波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)有明顯的消聲效果，在趨近于零的極低頻率時(shí)，由于此時(shí)聲波波長(zhǎng)很長(zhǎng)，幾乎沒(méi)有任何消聲效果。而本發(fā)明把旁通管道的兩端分別放置在軸流機(jī)械葉輪兩側(cè)的情況下，利用了軸流機(jī)械本身偶極子聲輻射特性，使兩側(cè)的聲波可以相互抵消，而且在極低頻率處也有較好的消聲效果。本實(shí)施中，雖然連通管道的縱截面形狀為環(huán)形，但本發(fā)明的連通管道的縱截面形狀并不限于此?？筛鶕?jù)具體的工程應(yīng)用改變?yōu)槠渌螤?，比如直角形，如圖3所示的本方法的另一種實(shí)施方式。本實(shí)施中，雖然隔流透聲裝置的材料采用片狀透聲橡膠，但本發(fā)明的隔流透聲裝置的材料并不限于此，例如可采用聚氨酯等透聲材料。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，所述的軸流機(jī)械是葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其特征在于:所述的軸流機(jī)械管道的外側(cè)通過(guò)設(shè)置一旁通管將軸流機(jī)械的葉輪兩側(cè)連通起來(lái)，該旁通管中充滿(mǎn)的液體與軸流機(jī)械中的液體相同，所述的旁通管的兩端和軸流機(jī)械管道的殼體的連接處通過(guò)隔流透聲裝置把流體隔開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的軸流機(jī)械是軸流風(fēng)扇或軸流泵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的隔流透聲裝置為片狀透聲橡膠或聚氨酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的旁通管為環(huán)形管道或直角形管道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于軸流機(jī)械管道上的降噪結(jié)構(gòu)，所述的軸流機(jī)械是葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械，所述的軸流機(jī)械管道的外側(cè)通過(guò)設(shè)置一旁通管將軸流機(jī)械的葉輪兩側(cè)連通起來(lái)，該旁通管中充滿(mǎn)的液體與軸流機(jī)械中的液體相同，所述的旁通管的兩端和軸流機(jī)械管道的殼體的連接處通過(guò)隔流透聲裝置把流體隔開(kāi)。所述的旁通管為環(huán)形管道或直角形管道。所述隔流透聲裝置是安裝在原有軸流機(jī)械殼體上，能阻止流動(dòng)透過(guò)殼體，而使聲波在其中順利傳播，從而能使流體機(jī)械上下游聲場(chǎng)連通的裝置。本發(fā)明通過(guò)隔流透聲的裝置，在軸流機(jī)械上游和下游建立聲學(xué)自抵消通道，使軸流機(jī)械上游和下游的同幅反相的聲波部分抵消，從而降低軸流機(jī)械的流動(dòng)噪聲。
文檔編號(hào)F04D29/66GK103089712SQ20111034903
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者田靜, 張 浩, 周城光 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所