充液管路主被动消声装置

1.本发明涉及一种船舶工业管路消声领域，具体的说是一种充液管路主被动消声装置。


背景技术：

2.充液管路系统(如生活用水管路及冷却水管路等)广泛应用于船舶工业领域,并发挥着重要作用。但充液管路系统的振动噪声尤其是低频线谱噪声一直没有得到很好的控制,成为困扰人们的一道难题。安装消声器是控制管路噪声的有效方法，现有充液管路消声技术可分为三类：被动式消声器、主动式消声器与复合式消声器。由于液体内声波波长较长，传统抗式消声器受限于空间尺寸约束，低频消声效果较差。
3.cn108561669a公开了一种弹性背腔式管路减振消声装置，利用弹性管壁与内部流体介质的耦合消声作用，得到具有低刚度、高耐压和大位移补偿的能力低频减振消声装置。cn103062569a公开了一种压力自平衡水动力噪声消声器，结合了抗式消声器和蓄能器的优点，消声频率可调性强。cn104006260a公开了一种水管路稳流宽频带消声器，能实现水管路的稳流和宽频带消声的效果。上述被动式消声器的消声性能在结构确定以后就是确定的,无法适应由于泵运行工况的变化引起的管路系统噪声频率的变化，难以达到最佳的消声效果。
4.cn104500904a公开了一种高压充液管路一体化集成有源消声器，利用管状压电陶瓷作动器作为次级声源对管路内的噪声进行主动控制，由于管状压电陶瓷作动器需要额外克服管壁形变做功，其低频降噪带宽与降噪效果有限。cn 109958835a公开了一种有源脉动衰减装置，利用作动器带动移动阀芯产生与主管路相反的次级脉动，从而衰减透射到下游压力脉动。上述的主动消声技术往往针对线谱噪声控制有效，难以取得宽频带的降噪效果。
5.将传统的被动消声技术与主动降噪技术结合起来，可以优化降噪效果。cn207989995u公开了一种用于空气管路的主被动复合消声器，包括基础被动消声器及整体插入式的主动消声模块。cn104165255 a公开了一种通风管路用主被动复合消声器，上述复合消声技术仅适用于通风管路控制，无法用于充液管路噪声控制。cn106090521 a公布一种充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，通过作动器施加力在板式膜结构上，加强板式膜结构振动实现低频宽带降噪效果。由于需要一套额外的装置以平衡主管路与背腔的压力导致其结构复杂，且无法隔离沿管壁传递的振动。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对充液管路振动与噪声耦合、低频线谱突出的问题，提供一种结构简单、紧凑、既具有低频宽频带消声、隔振性能，又有自适应线谱消声效果的充液管路主被动消声装置。
7.技术方案包括由连接上游管路的上游端盖、管壁和连接下游管路的下游端盖构成的背腔结构，所述管壁为弹性管壁，所述背腔结构内设有被动消声结构，所述上游端盖上设
有次级声源阵列。
8.所述被动消声结构由上穿孔管、波纹管、下穿孔管组成，所述上穿孔管经上游端盖与上游管路连接，下穿孔管经下游端盖与下游管路连接。
9.所述上穿孔管和下穿孔管针上对不同的消声频率设置不同的穿孔直径。
10.所述上穿孔管和下穿孔管的穿孔直径范围为0.02mm-10mm。
11.所述下游端盖上设有次级声源阵列。
12.所述次级声源阵列包括至少两个沿径向或轴向均匀设置的活塞声源，所述的活塞声源由压电作动器连接活塞构成，所述活塞与对应的上端盖之间通过活塞密封圈密封，所述压电作动器固定连接在对应的上端盖。
13.所述上游端盖和下游端盖上分别对应密封设有参考水听器和误差水听器，所述参考水听器和误差水听器的数量与所述活塞声源的数目一致。
14.所述参考水听器和误差水听器位于对应的上端盖与下端盖的侧面或底面且顶端与管壁平齐。
15.针对背景技术中存在的问题，发明人进行了如下改进：
16.(1)采用设有消声结构的弹性背腔结构以提高低频宽频带消声功能，利用参考水听器拾取管路内的初始线谱噪声信号，控制次级声源阵列高效地向弹性背腔和主管路内辐射次级声波，与初始线谱噪声信号反相叠加抵消，使本发明充液管路主被动消声装置兼具有线谱消声功能。
17.(2)将背腔结构与次级声源阵列一体安装，不仅结构紧凑、易于生产制造和安装、使用寿命长，而且利用弹性管壁配合波纹管实现对上、下游端盖之间的柔性连接，从而可以有效减少活塞声源工作时产生的反作用力会引起结构的振动，有效隔离活塞声源所引起的结构振动，产生了意想不到的技术效果，优选的，将次级声源阵列布置在上游端盖上，从而有效减小活塞声源所引起振动对下游的影响。进一步的，多个活塞声源可沿端盖的径向或轴向均匀设置，多个声源构成的声源阵列较单个同体积声源具有更高的辐射效率，且声源阵列能够以不同相位作用从而控制管路内高次波的传递，使本发明具有更好线谱噪声主动消声效果。
18.(3)所述上穿孔管和下穿孔管针对不同的消声频率设置不同的穿孔直径，优选穿孔直径范围在0.02mm-10mm之间可调，使得本发明具有更好的低频消声效果和更宽的消声带宽。本发明结构简单、紧凑、生产成本低、使用寿命长，压电作动器与活塞组成的次级声源阵列具有更高的辐射效率且能够控制高次波传递，配合弹性背腔结构的一体化布置，既具有低频宽频带消声、隔振性能，又有自适应线谱消声效果；将次级声源阵列布置在上游端盖上，还能有效减少活塞声源工作时产生的反作用力会引起结构的振动，一举多得，特别适用于解决船舶充液管路振动与噪声耦合、低频线谱突出的问题。
附图说明
19.图1为本发明实施例1的外观图。
20.图2为本发明实施例1的侧视图。
21.图3为图2的a-a剖视图。
22.图4为图3中的b部放大图。
23.图5本发明实施例2的外观图。
24.图6为本发明实施例2的侧视图。
25.图7为图6的a-a剖视图。
26.图8为图7中的b部放大图。
27.其中，1-上游端盖、2-弹性管壁、3-上穿孔管、4-下穿孔管、5-螺钉、6-支撑法兰、7-下游端盖、8-活塞密封圈、9-压紧螺母、10-压电作动器、11-活塞、12-螺栓、13-端盖密封圈、14-波纹管、15-参考水听器、16-误差水听器、17-凸台结构。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明作进一步解释说明：
29.实施例1：
30.参见图1-图4，包括由连接上游管路的上游端盖1、弹性管壁2和连接下游管路的下游端盖7构成的背腔结构，所述背腔结构内设有被动消声结构，所述上游端盖1上设有次级声源阵列。所述弹性管壁可由橡胶和骨架材料构成。
31.所述被动消声结构由上穿孔管3、波纹管14、下穿孔管4组成，所述上穿孔管3经上游端盖1与上游管路连接，下穿孔管4经下游端盖7与下游管路连接。所述上穿孔管3和下穿孔管4针上对不同的消声频率设置不同的穿孔直径；优选的，所述上穿孔管3和下穿孔管4的穿孔直径范围在0.02mm-10mm之间变化。
32.本实施例中，仅在所述上游端盖1上设有次级声源阵列，所述次级声源阵列包括至少两个沿轴向均匀设置的活塞声源(本实施例中均匀设有6个活塞声源)，所述的活塞声源由压电作动器10连接活塞11构成，其中，所述活塞11与对应的上端盖之间通过活塞密封圈8密封，压电作动器10通过压紧螺母9固定于支撑法兰6，所述的支撑法兰6通过螺钉5与上端盖1连接。
33.所述上游端盖1和下游端盖7上分别对应密封设有参考水听器15和误差水听器16，所述参考水听器15和误差水听器16的数量与所述活塞声源的数目一致。优选的，所述参考水听器15和误差水听器16位于对应的上端盖1与下端盖7的侧面或底面且顶端与管壁平齐，可以减小水流和气泡对传感器影响。
34.本实施例中，所述的上端盖1、下端盖7、上穿孔管3、下穿孔管4与波纹管14为不锈钢或白铜等耐腐蚀材料。所述的弹性管壁2由橡胶、帘线一体硫化构成，具备低刚度、耐高压和大位移补偿的能力，使管内的波速小、波长更短，提高低频消声能力。
35.实施例2
36.参见图5-图8，与实施例1不同的是，在所述上游端盖1设有次级声源阵列，次级声源阵列包括至少两个沿径向均匀设置的活塞声源(本实施例中均匀设有6个活塞声源)，所述的活塞声源由压电作动器10连接活塞11构成，其中，所述活塞11与对应的上端盖1之间通过活塞密封圈8密封，所述的上端盖1与下端盖7设有凸台结构17，压电作动器10通过压紧螺母9固定于对应的上端盖1的凸台结构17上。
37.上述实施例中活塞声源在端盖上的安装结构仅为示意，本领域技术人员可根据实际需要设置各种结构形式，以满足轴向或径向布置的需求。