一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置的制作方法

1.本实用新型属于噪声控制设备领域，特别涉及一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置。


背景技术：

2.噪声不仅仅会对人的生活环境造成影响，还会对运行中的设备造成危害。火箭发动机、飞机发动机和燃气轮机中产生的燃烧不稳定会引起设备产生强烈的低频噪声和振动，这是热声耦合的结果，导致燃烧设备损坏或者极大降低使用寿命。研究表明，必要的噪声控制能有效减少设备热声振荡带来的不利影响，因此在燃烧器入口进气段增设噪声抑制部件是一种非常有效的方法。
3.纤维材料由于其多孔特性，当声波进入纤维材料中，孔室内的空气与孔壁进行摩擦、振动，产生粘滞阻力，从而进行耗散声能，使能量减弱，从而达到吸声的效果。其次，纤维材料本身具有一定的固有频率，在特定频率的声音下会进行共振，同样起到声能衰弱的作用。然而，单一的纤维材料虽然具有良好的宽频吸声特性，但是在中低频范围内吸声系数较低，无法有效的消除噪声。
4.微穿孔板作为一种声阻尼器，其孔径大小、孔隙率、孔板厚度及背腔深度是重要的结构影响参数。根据其吸声理论，当这些参数固定后，其频率特性也会随着确定。单层微穿孔板虽然具有良好的低频吸声峰值，但是有效吸声频带较窄，无法满足实际需要。当工作设备的振荡频率与穿孔板的工作频率不匹配时，此时实际吸声效果会下降。
5.现有的采用双层穿孔板串联或者采用纤维材料的设计方式单一，无法实现较低频率范围内的大幅度吸声，尤其是纤维材料存在着腐烂变形的问题，而当其应用在燃烧设备时，可能存在的回火现象会对该装置着火造成严重损坏；此外，现有吸声装置的背腔深度不可自动调节，或者调节部件复杂，运行的稳定性较差。


技术实现要素：

6.为了解决现有的穿孔板有效吸声频带窄，以及多孔纤维材料在低频段吸声系数低的问题，本实用新型提出了一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置，采用电机自动调节背腔深度，调节手段相比现有技术更为精细化；同时，纤维材料与穿孔板的结合方式具有较宽的吸声频带，能更好地适应运行工况，且穿孔板能够有效的防止回火带来的危害。
7.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置，包括背腔深度调节机构、活塞和纤维材料-穿孔板吸声体；
9.所述的纤维材料-穿孔板吸声体包括背腔、进气腔、穿孔板、纤维材料板和连接法兰，所述的进气腔为中空管状结构；所述的活塞安装在进气腔的首端，能够在背腔深度调节机构的驱动下在进气腔内滑动；所述的纤维材料板安装在进气腔内的上游，所述的穿孔板
安装在进气腔内的下游；所述的连接法兰安装在进气腔的尾端，用于连接外部燃烧设备的进气口；所述纤维材料板上游的进气腔管壁上设有进气口。
10.作为本实用新型的优选，所述的进气腔的首端固定安装有活塞限位底座，所述的活塞限位底座上设有一对通孔。
11.作为本实用新型的优选，所述的活塞上设有一对连接杆，连接杆的一端与活塞相连，连接杆的另一端从活塞限位底座上的通孔伸出至进气腔外。
12.作为本实用新型的优选，所述的背腔深度调节机构包括滚珠丝杠副、电机、连接盘和连接卡件；所述的滚珠丝杠副一端连接电机输出轴，另一端安装在活塞限位底座上，滚珠丝杠副能够在电机驱动下转动；所述的连接盘安装在滚珠丝杠副的传动螺母上，所述的连接杆的另一端通过连接卡件固定在连接盘上。
13.作为本实用新型的优选，所述的电机通过电机底座固定。
14.作为本实用新型的优选，伸出进气腔外的连接杆的长度小于活塞与进气口的距离。
15.本实用新型具备的有益效果：本实用新型提出的背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置将纤维材料和穿孔板进行串联，相对单一穿孔板和单一纤维材料而言具有更宽的吸声频带，且相对单一纤维材料而言在低频段具有更高的吸声系数，二者吸声特性的互补能够有效拓宽吸声频带，改善吸声特性。在布置方式上，穿孔板布置在下游，纤维材料布置在上游，可有效防止燃烧器中的回火现象对纤维材料的损坏，提高了整个吸声装置的适应性。此外，采用电机自动调节背腔深度，调节手段相比现有技术更为精细化。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例示出的一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例示出的吸声装置的吸声系数测量过程示意图；
18.图3为测试结果；
19.图中，1-计算机、2-电机控制器、3-电机、4-滚珠丝杠副、5-电机底座、6-连接盘、7-连接卡件、8-活塞限位底座、9-活塞、10-背腔、11-进气口、12-进气腔、13-穿孔板、14-纤维材料板、15-空气夹层腔室、16-下游腔室、17-连接法兰。
具体实施方式
20.为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明。
21.参考说明书附图1，本实施例公开了一种背腔深度可调的偏流双层纤维材料-穿孔板吸声装置，包括背腔深度调节机构、活塞和纤维材料-穿孔板吸声体；
22.所述的纤维材料-穿孔板吸声体起到声阻抗元件的作用，包括背腔10、进气腔12、穿孔板13、纤维材料板14和连接法兰17，所述的进气腔12为中空管状结构；所述的活塞安装在进气腔12的首端，能够在背腔深度调节机构的驱动下在进气腔12内滑动；所述的纤维材料板14安装在进气腔12内的上游，所述的穿孔板13安装在进气腔12内的下游；所述的连接法兰17安装在进气腔12的尾端，用于连接外部燃烧设备的进气口；所述纤维材料板14上游
的进气腔12管壁上设有进气口11。
23.上述的纤维材料板14和穿孔板13之间形成空气夹层腔室15，穿孔板13与连接法兰17之间形成下游腔室16，纤维材料板14与活塞9之间形成背腔10，通过穿孔板13、空气夹层腔室15、纤维材料14和背腔10的声阻尼作用，耗散声能，从而达到吸声的效果。
24.所述的进气腔12的首端固定安装有活塞限位底座8，所述的活塞限位底座上设有一对通孔。所述的活塞上设有一对连接杆，连接杆的一端与活塞相连，连接杆的另一端从活塞限位底座上的通孔伸出至进气腔12外。伸出进气腔12外的连接杆的长度就是背腔深度的可调节范围，可调节范围因小于活塞与进气口的距离。
25.背腔深度调节机构采用丝杆传动，包括滚珠丝杠副4、电机3、连接盘6和连接卡件7；所述的滚珠丝杠副4一端连接电机3输出轴，另一端安装在活塞限位底座上，滚珠丝杠副4能够在电机3驱动下转动，并将丝杠的转动运动转换为传动螺母的直线运动，主要用于通过电机的驱动调节活塞9的前后进程。所述的连接盘安装在滚珠丝杠副的传动螺母上，所述的连接杆的另一端通过连接卡件7固定在连接盘6上。所述的电机3通过电机底座5固定，由电机控制器2控制，所述的电机控制器2与计算机1相连，用于执行计算机发出的指令。。
26.本领域技术人员可以根据实际需求，将滚珠丝杠副传动替换为更简单的螺纹传动，将滚珠丝杠副替换为螺纹杆，所述的连接盘6与螺纹杆之间直接通过螺纹连接，同样能够起到将螺纹的转动运动转换为连接盘的直线运动的目的，带动活塞9在进气腔12内做轴向运动，改变背腔10的深度。
27.上述吸声装置在工作过程中，空气从进气口11进入进气腔12上游，依次通过背腔10、上游的纤维材料板14、空气夹层腔室15和穿孔板13，最终通过下游腔室16进入到待吸声设备(例如燃机燃烧室或炉膛)；
28.待吸声设备中声源产生的声波进入该装置，首先经过下游腔室16，依次通过穿孔板13、空气夹层腔室15、纤维材料板14和背腔10，经活塞9的刚性表面沿着入射路径反射回待吸声设备。
29.如图2所示，对上述吸声装置的吸声系数进行测量，将吸声装置的连接法兰安装在阻抗管的末端，采用计算机调节并固定吸声装置的背腔深度，并由装置的进气口通入常温常压空气作为偏流风量，偏流风量通过阻抗管的出气口流出；该装置的吸声系数通过双传声法进行测量得到，传声器m1和m2插在测量孔处，扬声器通过信号输出模块输出声强相同但频率不同的声波，传声器采集到数据后通过ni采集卡收集传递到计算机中。在测试过程中，相同频率下的数据采集3次以减小数据采集误差，采集完毕后交换传声器m1和m2的位置再次采集3次，该频率下的数据采集完毕，进行下一个频率的数据采集。
30.依据上述实施过程，测试了纤维材料厚度为28mm，背腔10深度为10cm，空气夹层腔深14为20cm时的测试曲线，如图3所示，在入射频率为110hz至430hz范围内吸声系数在0.7以上，证明了纤维材料板和穿孔板吸声特性的互补能够有效拓宽吸声频带，尤其在低频段具有更高的吸声系数，改善了吸声特性。
31.本领域技术人员可以通过调节背腔10和空气夹层腔15的深度、纤维材料14的厚度和流阻率、穿孔板13的孔径大小、孔隙率和穿孔厚度等，对吸声主频范围进行调节。
32.本实用新型未尽事宜为公知技术。
33.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术
的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。对本实用新型的改型、变换都在权利要求范围内。