可调频共振式水管路消声器的制作方法

1.本发明涉及船舶水管路噪声控制技术领域，尤其涉及船舶水管道中抑制水动力噪声的消声器。


背景技术：

2.船舶、潜艇的海水进出口，尤其是海水出口具有流量大、脉动力强的特点，它既易形成流体喷射噪声，也容易冲击船体引起船体振动辐射噪声，其辐射效率高，不仅直接影响船舶、潜艇的隐蔽性，而且也会对人的生活和工作环境产生较大的影响。
3.船舶水管道与空气管道中的压力脉动存在显著的区别：首先空气噪声和水噪声具有不同的介质，空气介质的特性阻抗和水的特性阻抗相差3000多倍；其次常用于空气介质中的吸声、隔声材料在液体介质中基本是透声的，还有空气的压缩性好，空气中的消声器大都工作在较低压力下，而水管路消声器要承受很宽的工作压力范围，因此水消声器和空气消声器在消声机理上存在很大的差异。尽管在空气消声器已经发展较为成熟，但人们对水管路消声器的研究相对较少，由于水和空气这两种流体介质性质的差异，水管路消声器的设计并不能完全借鉴或照搬空气消声器的设计方法。
4.现有的水动力消声器主要是由空气消声器演化而来的扩张式、共振式等抗性消声结构以及蓄能器，一方面由于水管路中的水噪声和空气噪声具有不同的介质，其消声机理也存在较大差异，空气消声器并不完全适用水消声；另一方面在水管路系统中，除由泵和阀门等主要噪声源产生的低频噪声，还存在中高频噪声，很难通过单一消声模式进行足够的衰减。同时现有的水动力消声器其固有频率也是固定不变的，限制了消声器的应用范围，因而在现有管路中安装的水管路消声器，往往存在消声频带窄，难以覆盖声级较高的噪声频带，并且容易在管路中形成较大的流动阻力。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种能调整消声频率、并实现宽频带消声的可调频共振式水管路消声器。
6.为了解决上述技术问题，本发明的可调频共振式水管路消声器，包括消声器外壳，所述消声器外壳的两端壁上支承有可轴向移动的可调进水穿孔管和可调出水穿孔管；在所述消声器外壳壳腔内固定设置有固定进水穿孔管和固定出水穿孔管，该固定进水穿孔管和固定出水穿孔管通过节流环相互固定连接，固定进水穿孔管套装于可调进水穿孔管上，固定出水穿孔管套装于可调出水穿孔管上；在消声器外壳壳腔内还固定设置有分隔管，分隔管与消声器外壳之间的腔室被分隔肋板分隔成共振腔和蓄能腔，与蓄能腔对应的分隔管管体上设置有穿孔，所述蓄能腔内填充有蓄能气囊，分隔管的内管侧为膨胀腔，设置于节流环上的共振颈管沿径向通向共振腔。
7.优选地，所述可调进水穿孔管和可调出水穿孔管的中心线处于消声器外壳的中心线上。
8.优选地，所述分隔肋板有两片，该两片分隔肋板将分隔管与消声器外壳之间的腔室分隔成两个蓄能腔和一共振腔，两个蓄能腔分别位于共振腔的两侧。
9.优选地，所述可调进水穿孔管与消声器外壳对应的支承面上设置有密封件；所述可调出水穿孔管与消声器外壳对应的支承面上也设置有密封件。
10.优选地，所述密封件为o型密封圈或/和唇形密封圈。
11.优选地，所述消声器壳体的两端均设置有定位螺钉，该定位螺钉分别对应于可调进水穿孔管和可调出水穿孔管。
12.优选地，所述节流环的外径与固定进水穿孔管和固定出水穿孔管外径相等，该节流环的内径小于可调进水穿孔管和可调出水穿孔管的内径。
13.优选地，所述节流环的横截面为等腰梯形。
14.优选地，所述可调进水穿孔管和固定进水穿孔管上的穿孔孔径相等，该穿孔孔径为10mm，穿孔率为20%；所述可调出水穿孔管和固定出水穿孔管上的穿孔孔径相等，该穿孔孔径为10mm，穿孔率为20%。
15.优选地，所述分隔管管体上的穿孔孔径为6mm，分隔管的穿孔率为20%。
16.在上述结构中，由于在消声器外壳两端均设置有可轴向移动套接的可调穿孔管和固定穿孔管，可调穿孔管和固定穿孔管之间可以调整并锁定相对位置，通过其轴向相对位置的调整以改变两个穿孔段的孔隙重合度，继而改变整个消声器的穿孔率和实际孔径大小，从而改变穿孔阻抗，使其声学性能可调；当穿孔管的实际穿孔率较低时，消声器的流体阻力损失较小，随着穿孔率的增加，有效消声频带随之升高；因此调整穿孔管上孔隙重合度，改变了整个消声器的穿孔率，进而改变消声器的消声频率，以适应不同噪声频率的消声要求，实现消声频率可调性强，能够有效地抑制宽频水动力性噪声。
17.又由于在固定进水穿孔管和固定出水穿孔管之间设置有节流环，一方面通过节流环的流道膨胀，使声波在节流环截面上发生突扩造成该通道内声阻抗突变，在该管道再次发生反射、干涉现象，形成二次的中低频噪声消声；另一方面节流环的分流作用，迫使部分水流分别可调穿孔管和固定穿孔管间的间隙流道以及节流环内孔流道分流，使水流的流速大大降低，水流压力减少，有效地抑制喷流产生的二次噪声。
18.还由于在消声器外壳壳腔内固定设置有分隔管，分隔管的内管侧为膨胀腔，使得消声器沿输水管流道形成膨胀结构，声波在该管道截面的突扩造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，在管道内发生反射、干涉现象，从而有效实现了中低频噪声的消声；分隔穿孔管采用管壁穿孔结构，穿孔的阻尼作用将声能转化为热能而耗散，大大降低噪声脉动，扩张穿孔管上的穿孔在流体粘性作用下产生阻尼实现了对高频噪声的消声。
19.也由于分隔管与消声器外壳之间的腔室被分隔肋板分隔成共振腔和蓄能腔，当声音在输水管中传播到共振腔颈管与输水管交叉处时，由于声阻抗突变，使部分声能反射回去，一部分声能传入颈管和共振腔而消耗能量；尤其当声波频率与共振腔固有频率接近或相等时，将激起共振，共振腔吸收和消耗大量声能，具有结构简单、消声量高和压力损失小的特点；采用蓄能器抑制低频压力脉动，当水流压力高于蓄能器充气压力时，水通过穿孔进入到蓄能腔中，吸收水流中高于平均流量的脉动部分；当水流压力低于蓄能器充气压力时，隔膜扩张，容腔中水流从蓄能器孔流入管道中，补充低于平均流量的脉动部分，从而实现水流压力脉动的衰减。
附图说明
20.下面结合附图和具体实施例对本发明可调频共振式水管路消声器作进一步详细说明。
21.图1是本发明可调频共振式水管路消声器一种具体实施方式的剖面结构示意图。
22.图中，1—消声器外壳、2—蓄能气囊、3—蓄能腔、4—分隔肋板、5—固定进水穿孔管、6—可调进水穿孔管、7—共振腔、8—共振颈管、9—节流环、10—固定出水穿孔管、11—可调出水穿孔管、12—分隔管、13—膨胀腔、14—密封件、15—定位螺钉、16—出水管法兰、17—进水管法兰。
具体实施方式
23.如图1所示的可调频共振式水管路消声器，消声器外壳1由圆管段和两端端板组成，圆管段和端板通过焊接而相互固定连接成消声器外壳壳体。圆管结构的可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11分别穿过消声器外壳1前、后两端的壁板而支承于消声器外壳1的两端壁板上，可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11的外伸端分别固定设置有出水管法兰16和进水管法兰17，以便将该消声器串联于水管路上。可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11的中心线处于消声器外壳1的中心线上。
24.可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11伸入消声器外壳1壳腔内的伸入端的管壁上设置有穿孔，该可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11穿孔孔径相等，其穿孔孔径均为10mm；穿孔率均为20%。可调进水穿孔管6可移动地支承于消声器外壳1对应的支承面上，在该支承面上设置有密封件14；可调出水穿孔管11也是可移动地支承于消声器外壳1对应的支承面上，在该支承面上也设置有密封件14。该密封件14为两道o型密封圈，也可以是两道唇形密封圈，或者是一道o型密封圈和一道唇形密封圈。在消声器壳体1两端设置有定位螺钉15，该定位螺钉15位于可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11支承面对应位置，使得定位螺钉15分别对应于可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11，松开定位螺钉15可以沿轴向移动可调进水穿孔管6或可调出水穿孔管11，锁定定位螺钉15则可以将可调进水穿孔管6和可调出水穿孔管11锁定于消声器外壳1。
25.在消声器外壳1壳腔内固定设置有固定进水穿孔管5和固定出水穿孔管10，该固定进水穿孔管5和固定出水穿孔管10通过节流环9相互固定连接；固定进水穿孔管5、固定出水穿孔管10和节流环9处于同一轴心线上，且固定进水穿孔管5和固定出水穿孔管10分别固定连接于节流环9的两侧。节流环9的外径与固定进水穿孔管5和固定出水穿孔管10外径相等，该节流环9的内径小于可调进水穿孔管5和可调出水穿孔管10的内径，节流环9的横截面为等腰梯形。节流环9的结构能引导部分流体从前段穿孔进入到膨胀腔中，而倾斜的梯形腰部又能减小流体的流动阻力。
26.固定进水穿孔管5套装地位于可调进水穿孔管6上，固定出水穿孔管10也是套装地位于可调出水穿孔管11上；沿轴向移动调节可调进水穿孔管6与固定进水穿孔管5的相对套接位置，就可以改变可调进水穿孔管6与固定进水穿孔管5的实际孔径大小；同样沿轴向移动调节可调出水穿孔管11与固定出水穿孔管10的相对套接位置，可以改变可调出水穿孔管11与固定出水穿孔管10的实际孔径大小。可调进水穿孔管6和固定进水穿孔管5上的穿孔孔径相等，该穿孔孔径为10mm；穿孔率为20%；可调出水穿孔管11和固定出水穿孔管10上的穿
孔孔径也相等，该穿孔孔径也为10mm，穿孔率为20%。
27.在消声器外壳的壳腔内还固定设置有分隔管12，分隔管4的内管侧为膨胀腔13，分隔管12管体上的穿孔孔径为6mm，分隔管12的穿孔率为20%。分隔管12与消声器外壳1之间的腔室被分隔肋板4分隔成共振腔7和蓄能腔3。分隔管12与消声器外壳1之间的腔室中设置有两片分隔肋板4，该两片分隔肋板4将分隔管12与消声器外壳1之间的腔室分隔成两个蓄能腔3和一共振腔7，两个蓄能腔3分别位于共振腔7的两侧。与蓄能腔3对应的分隔管12管体上设置有穿孔，其穿孔孔径为6mm，分隔管12的穿孔率为20%。设置于节流环9上的共振颈管8沿径向通向共振腔7。在所述蓄能腔3内填充有若干球状的蓄能气囊2，蓄能气囊2均为橡胶充气气囊，气囊中充满氮气且具有不同的气体压力，以吸收平抑不同频率和振幅的脉动噪声。