迷宫型谐振器及基于其的管道消声装置的制作方法

本发明涉及一种管道消声装置，具体地说是一种基于迷宫型谐振器的管道消声装置。

背景技术：

管道消声器被广泛用于汽车、航空航天及船舶等领域。传统的阻性和抗性管道消声器存在诸多不足。例如，阻性消声器采用吸声材料可以有效控制高频噪声，但是难以实现对低频噪声的控制，并且不适用于高温和不干净的环境。抗性消声器通常采用膨胀腔结构和旁支管谐振器结构，主要用于控制低、中频噪声。旁支管谐振器结构包括赫姆霍兹共振器和四分之一波长管，其中四分之一波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子，当管的长度为入射声波波长的1/4倍时，管道发生共振，消耗声能，起到声波滤波的作用。对于低频噪声，比如100hz的噪声，所需波长管长度约0.8m，这通常是要占据比较大的空间。目前使用的四分之一波长管主要存在以下问题：(1)四分之一波长管通常与进气管道垂直设置，对于低频消声，所需管道长，所占空间较大；(2)因为是共振消声，共振频率越低，消声频带越窄。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明将原来与消声主管道垂直设置的四分之一波长管沿着轴线方向(声波入射方向)折叠并进行盘绕，其轴线形成一种螺旋形的平面曲线，管道形成一种迷宫型的共面管，达到了节省空间，结构紧凑的目的；同时多个不同管长的四分之一波长管沿主管道并联或者串联，可以增加消声带宽，并实现多频道消声。

本发明通过以下技术方案实现：

一种迷宫型谐振器包括前面板、迷宫层和刚性背板，所述的前面板、迷宫层和刚性背板顺序固定连接组成。所述的前面板的中心位置加工有通孔；所述的迷宫层包括框架和位于框架内的多个长度不同的隔板，所述的隔板首尾相连，围成螺旋状，在隔板之间、及隔板与框架之间形成一个迷宫形的空气通道；所述的迷宫形的空气通道的入口与前面板的通孔相连。

在所述的迷宫通道上，在与通道侧壁垂直的方向上安装一块密封板，所述的密封板与通道侧壁固结。

为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于迷宫型谐振器的管道消声装置。

所述的管道消声装置，包括横截面为正方形的主管道和在主管道四个侧壁上对称分布的四个管长相同的迷宫型谐振器。

所述的主管道所述的主管道四个侧壁的中心位置上加工有正方形的通孔，所述的正方形的通孔对称分布。

所述的迷宫谐振器安装在主管道侧壁上，迷宫谐振器的入口与主管道侧壁上的通孔相连。

优选地，所述的迷宫谐振器的空气通道的横截面为正方形，其面积与主管道侧壁上正方形通孔的面积相同。

优选地，所述的迷宫谐振器壁厚与主管道的壁厚相同。

基于迷宫型谐振器的管道消声装置，所述的迷宫型谐振器的空气通道长度可以通过改变密封板的位置而改变。

基于迷宫型谐振器的管道消声装置，沿主管道轴向设置不同空气通道长度的迷宫谐振器，可以进行不同频段的消声。

本发明的有益效果为：基于迷宫谐振器的管道消声装置，采用空间折叠的方法，将与主管道垂直设置的四分之一波长管折叠成共面的迷宫形管道，形成迷宫型谐振器，能够大大的减小结构所需要的空间，在空间稀少的情景下有很高的使用价值；将迷宫谐振器沿主管道的四周对称排布，能够拓宽某一频率下的消声带宽；将不同空气通道长度的迷宫谐振器沿主管道的轴向排布，能够实现多频带的消声，达到低频宽带消声的目的。

附图说明

图1是基本的四分之一波长管转换为迷宫型谐振器的示意图；

图2是迷宫型谐振器的外形图；

图3是迷宫型谐振器的爆炸图；

图4是管道消声装置的外形图；

图5是管道消声装置的局部剖面图；

图6是管道消声装置的爆炸图；

图7是迷宫型谐振器及管道消声装置的尺寸图；

图8是迷宫型谐振器与主管道并联排布时，消声管道的传声损失图；

图9是多个迷宫型谐振器串联排布时，消声管道的传声损失图；

图10是某汽车发动机进气系统，多个迷宫型谐振器串、并联排布时，消声管道的传声损失图。

其中，0是四分之一波长管，1是迷宫谐振器，2是消声主管道。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明为了克服传统四分之一波长管占用空间大，难以在空间狭小的动力机械设备内布置的缺点，将原来与消声主管道垂直设置的四分之一波长管0沿着轴线方向(声波入射方向)折叠并进行盘绕，其轴线形成一种螺旋形的平面曲线，管道形成一种迷宫型的共面管，即迷宫型谐振器1。

对照图3，所述的迷宫型谐振器1包括前面板11、迷宫层12和刚性背板13，所述的前面板11、迷宫层12和刚性背板13顺序固定连接组成。所述的前面板11的中心位置加工有通孔14；所述的迷宫层12包括框架121和位于框架内的多个长度不同的隔板122，所述的隔板122首尾相连，围成螺旋状，在隔板122之间、及隔板122与框架121之间形成一个迷宫形的空气通道；所述的迷宫形的空气通道的入口与前面板的通孔相连。

在所述的迷宫形空气通道上，在与通道侧壁垂直的方向上安装一块密封板123，密封板123与通道侧壁固结。密封板123作用是改变空气通道的长度，从而改变四分之一波长管的长度，完成对目标频率的消声。

对照图4和图5，基于迷宫型谐振器1的管道消声装置包括横截面为正方形的主管道2和在主管道四个侧壁上对称分布的四个管长相同的迷宫型谐振器1，以及沿主管道轴线方向排布的管长不同的迷宫谐振器1。

对照图6，所述的主管道2四个侧壁21的中心位置上加工有正方形的通孔24，所述的正方形的通孔24对称分布。

对照图6，在实际加工中，所述的迷宫谐振器1安装在主管道2的侧壁21上，所述的迷宫谐振器1的前面板11就是主管道的侧壁21，迷宫谐振器1的入口14就是主管道侧壁上的通孔24。

优选地，所述的迷宫谐振器1空气通道的横截面为正方形，其面积与主管道2侧壁上正方形通孔24的面积相同。

优选地，所述的迷宫谐振器1壁厚与主管道2的壁厚相同；为避免声固耦合，取壁厚1mm-2mm。

对照图5和图6，基于迷宫型谐振器1的管道消声装置，沿主管道2轴向设置不同空气通道长度的迷宫谐振器1，以进行不同频段的消声。

对照图6，在消声设计中，可以根据消声主频，确定迷宫型谐振器1空气通道的长度；通过改变密封板123的位置，可以改变迷宫型谐振器1空气通道的长度。

对照图5、图6和图7，所述的迷宫谐振器1空气通道的横截面为正方形，其面积与主管道侧壁21上的正方形通孔24的面积相同，边长为a2；所述的主管道2横截面为正方形，边长为a1。

在本发明中，所述的迷宫谐振器1作为消声装置的旁支管，其传声损失：

m为迷宫谐振器1横截面面积与主管道2横截面面积的比值，m＝(a2/a1)²，λ为声波的波长，l为迷宫谐振器1空气通道中心线的声学长度，表示为空气通道中心线的实际长度ls与末端修正长度δ之和，l＝ls+δ，使用边界元法得到末端修正长度δ为：

对照图7的密封板123的安装位置，空气通道中心线的实际长度ls可表示为：

n为空气通道的回折次数。

实施例1：多个相同尺寸迷宫谐振器1的并联

声波沿主管道方向入射，a1＝10cm，a2＝2cm，若n＝4，则迷宫谐振器1空气通道中心线的实际长度ls＝49cm，末端修正长度δ＝0.78cm，空气通道中心线的声学长度l＝49.78cm。若仅在主管道一侧安装一个迷宫谐振器1，从图8可以看出其消声频带非常窄；若在四个侧壁上安装四个相同尺寸的迷宫谐振器1，相当于四个谐振器并联，图8显示消声带宽增加了。

实施例2：多个尺寸不同迷宫谐振器1的串联

如图7所示，为多个空气通道长度不同的谐振器的串联，a1＝10cm，a2＝2cm，则迷宫谐振器1空气通道中心线的声学长度分别为l1＝49.78cm，l2＝40.78cm，l3＝32.78cm，l4＝24.78cm；数值计算结果如图9所示，从图9可以看出多个谐振器串联时，可以有针对性地消除不同频段的噪声。

实施例3：某汽车发动机进气口的消声

以汽车发动机进气系统为例，空气进气管的典型长度为0.6m，对应1/4波长的频率为140hz，对于的是4200r/min的4缸4冲程发动机的点火频率。在发动机进气阀体处，插入和空气管道相同长度的迷宫谐振器1，迷宫谐振器1的管道声学长度l＝0.68m，将在1/4波长频率处产生稳定的传递损失。为覆盖较宽的频率，对应于上述发动机2000r/min～5000r/min(67hz～167hz)，要求采用多个不同空气通道长度的迷宫谐振器1，其管道的声学长度分别为1.26m～0.51m。在发动机进气管道的开口处，并排集中安装3个不同通道长度的迷宫谐振器1，图10为该消声装置的传递损失，显然在67hz、140hz和167hz时，传递损失最大。

本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。