[发明专利]流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法及装置

说明书

本发明涉及在流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的方法及其装置，以及按照该装置的构造制成的消声器。

长期以来，人们为了减少高压和脉动流体的排放噪声而安装的消声器所采用的实用消声方法如下：

1)多次地变动流体的流动方向；

2)重复地使流体通过收缩而又扩大的断面；

3)将流体分割成为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动；

4)使高温、高压流体在流道内冷却及膨胀；

5)在流道内装入多孔材料，以耗散和吸收脉动动能。

此外，人们根据强度和脉动频率相等而脉动方向相反的多股脉动流体相叠加时会互为衰减脉动动能的相干波干涉原理来尝试制造实用的消声器，以期使所制成的消声器体积更小、流阻系数更低，同时获得更好的消声效率。

在美国专利US05693918、US05619020、US05600106、US05541373和中国专利申请号92217739及89210652之中，均涉及了采用传感器检测内燃机转速和排气脉冲，检测到的数值被输送到电子控制和放大装置，然后用扬声器发出和脉动排气的强度及频率相同、相位相反的声波，并使之与排气脉冲叠加，从而使排气的脉动动能得到衰减，达到降低发动机排气噪声的目的。此类降噪方法的主要缺点在于需要为扬声器设置专门的扬声器室，因而导致该类型的消声器占用空间大，空间布置较为困难，在恶劣环境下工作时可靠性较差，并且需要消耗额外的能量来实现消声功能。

在中国专利申请号93236371、93202078和85205813中，均是将脉动气流分解成为两股气流并使之对冲，所述的消声器构造若用来实现脉动排气的多级降噪，则会导致消声器的结构复杂，成本上升，并且不利于小型化和降低排气背压。

此外，上述各类型的消声器的一个共同的缺点是，它们都不适用于高温高压连续气流的降压排放，也不适用于衰减液态流体的脉动动能。

本发明的目的是在相干波相互干涉原理的基础上，提供一种在流道内使高压流体降压和衰减流体脉动动能的实用的方法；为此，本发明还提供一种用以实现该方法的装置，以及根据本装置的构造而制成的几种构型的消声器。

为达到上述目的，本发明采用的方法是使流道内沿着与流道中心轴线平行方向流动的流体，转变流向和转变成为多股小支流；使多股小支流与流道中心轴线或流道的一个特定纵向对称面呈某一夹角和同时向心或同时相反方向地向着该特定纵向对称面的两侧流动和相互直接撞击，或是同时向心或相反方向地向着该特定纵向对称面的两侧流动时撞击到下一级导流罩的外侧壁面，或是以某一角度并相反方向地同时离心或同时背离纵向对称面流动及撞击到下一级导流罩或流道的内侧壁面上；并使多股小支流在垂直于流道中心轴线或特定纵向对称面的横截面上的动能分量合力为零或接近于零。

为了实现本发明所述的方法，本发明采用在流体流经的某一段流道内装入一级或多级薄壁型导流罩而构成的装置。在绝大多数情况下，导流罩的构形为一端向心封闭，另一端的外侧壁面与流道内侧壁面相连接和封闭，其形状是类似于导弹或火箭头部的薄壁构件。导流罩的几何中心轴线或导流罩的特定纵向对称面与该段流道的中心轴线或相应的纵向对称面相重合。垂直于该段几何中心轴线或纵向对称面的导流罩横截面为对称的平面几何图形，例如圆形、椭圆形、扁圆形或圆角矩形，甚至可以是圆环形或等边的几何图形。每个导流罩壁上都开有让流体从导流罩壁的某一侧面流向另一侧面的多个流通孔，流通孔的优选构形及其在导流罩壁面上的优选排列方式是，同一横排的各个流通孔的形状和大小均相等，并且该排流通孔的形心均位于同一个垂直于几何中心轴线或纵向对称面的导流罩横截面壁上，流通孔纵向均匀对称排列。相邻导流罩位于相互横向套叠部位壁面上的流通孔纵向相互对称均匀交错，横向相互偏移适当的距离。每个导流罩壁面上全部流通孔的总孔洞面积的全部或绝大部分，均位于通过中心轴线的纵向剖面或位于与特定纵向对称面相垂直的纵向剖面导流罩轮廓线直线段的延伸线或弧线段的切线，与导流罩的几何中心轴线或特定纵向对称面夹角α≤|45°|及其对顶角范围内的导流罩壁面上，流通孔放置的优选位置是在上述定义下的夹角α≤|30°|及其对顶角范围内的导流罩壁面上。

本发明还给出了几个根据上述装置的构型而制造的采用上述方法消声的消声器范例，所述的消声器实施例里的薄壁型导流罩是根据其所处流道的不同几何形状而选用不同的三维几何构形。