动能消声器
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体为气流通过气管，噪声被衰减的消声装置，尤其是噪声值很高的发动机或空气压缩机排气消声。
背景技术
目前，公知的消声器有阻性消声器，抗性消声器，阻抗复合消声器及微穿孔板消声器等等，阻性消声器的消声机理是：气体和声波通过消声器吸声片时，吸声片中的多孔材料将会把部分声能转化为热能，从而降低了声能，抗性消声器是由各种不同管径和长度的组合体，其消声机理是：阻止某些频率的声能透射过去，(也叫滤波)，微穿孔板消声器是由微穿孔板与后面的空腔组成，它消声机理是：声能通过时，迫使空腔的空气质量振动，声能转化为动能，消耗了声能，这些消声器共同的不足是低频消声量小，而且结构尺寸反比于消声频率，消声频率越低，结构尺寸越大，重量越重。【引用文献：“噪声控制”方丹祥等编著，北京出版社出版】
发明内容
本发明的目的是针对以上问题，提供专门针对低中频频带进行消声的消声器，结构尺寸与频率无关，所以结构紧凑，重量轻，更适合于发动机或空压机这类以低频噪声为主的高噪声机械设备进气、排气系统的消声。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：针对需要消声的噪声频率f，专门设计生产出由n组固有频率f0与噪声频率f接近的“质量、弹簧、阻尼单自由度振动系统”组合成的消声器，它使声能转化为振动系统的动能，达到消声目的。
进一步的，为了使消声器内各个零部件有准确的工作位置，设置了带导向轴的定位座和导向套，保证了弹簧的定位和质量振子只能沿导向轴方向运动。
更进一步的，为了防止质量振子过冲，在导向套内设置了缓冲弹簧和限位环。
其理论依据为：声波在空气中传播具有胀缩变化的频率特性，在消声器外壳内均布 n套质量振子、弹簧、阻尼组成的单自由度振动系统，利用作用在质量振子表面上声能压力推动质量振子运动，质量振子在动能作用下，压缩弹簧并克服阻尼力，动能减少，而弹簧受到压缩弹性势能增大，当振动系统动能为零时，弹性势能最大，弹性势能反向推动质量振子运动，在弹性势能释放完时，下一周期的声能又重复这个过程，能量不断转换过程中，声能不断消耗，达到消声目的。其构造特征为，消声器外壳内均布固定n 组带导向轴的定位座，主弹簧穿过导向轴一端坐在带导向轴的定位座上，另一端与同样穿过导向轴而固联在质量振子上的导向套外端压接，缓冲弹簧穿过导向轴插入导向套内孔中，另一端压着卡在导向轴轴径上的限位环上，这样顺序安装构成n套沿消声器外壳内径均布的单自由度振动系统。任一组(包括后面弹簧导向轴)质量振子都是一组“质量，弹簧，阻尼”单自由度振动系统。其力学模型见图1所示，其运动微分方程：
方程的稳态解y＝A sin(ωt+ψ)
系统受声能作用时振幅
式中：
m——振子质量kg
y——位移m
t——时间s
R——阻尼系数kg·s/cm
K——弹簧刚度N/m
ω——干扰圆频率 1/s
F0——干扰力幅 N
本处F0＝PiS
Pi——入射升压压强 N/m2
S——振子受力面积㎡
A——振幅m
ω0——单个单自由度系统固有频率1/s
振动系统中弹性势能
式中:
V——振子质量的振动速度，v＝Aωcosωt。
由振动传递效率
当声源的干扰频率ω接近，单自由度振动系统固有频率ω0时，传递效率η趋近最大。系统位移也达到大值，这时入射声压Pi趋于绝大部分消耗在系统的弹性势能上，而仅剩 很少部分反射声压Pr反射回去。
根据声波在管道中传播时，入射波Pi和反射波Pr产生驻波理论。
驻波比
G-驻波比
Pi-入射升压 Pa
Pr-反射声压 Pa
α-吸声系数
由于反射波Pr很小，所以驻波比G趋近于1，同时管道中该处吸声系数
由管道消声量计算关系可求得该消声器消声量
式中：ψ(α)——消声系数，ψ＞1，
c——声波通过的结构截面周长m
s——声波通过的结构截面面积㎡
L——声波通过的结构截面长度m
本发明的有益效果：
1、低频消声量大；
2、对通风管道内气流阻碍小；
3、消声器结构尺寸与消声频率无关；
4、结构简单紧凑，成本降低。
附图说明
图1是本发明的力学模型和质量振子位移y随时间t变化图。
图2是动能消声器第一个实施例的主视图。
图3是图2中A-A处剖视结构示意图。
图4是图2和图5的C部局部放大图。
图5是动能消声器第二个实施例的主视图。
图6是图5中B-B处剖视结构示意图。
图中所述文字标注表示为：1、消声器外壳；2、带导向轴的定位座；3、主弹簧；4、导向套；5、缓冲弹簧；6、限位环；7、质量振子；8、辅助弹簧；9、与消声器相连的风管。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
具体使用时，如图1，胀缩变化的声能F0 sinωt，作用在质量振子m上，质量振子 m受到F0 sinωt作用具有了动能
如图2所示实施例：本发明的具体结构为消声器外壳1和带导向轴的定位座2固联，主弹簧3穿过带导向轴的定位座3上的导向轴一端坐在该座的座上，另一端坐在同样穿过带导向轴的定位座3上的导向轴的导向套4的套座上。导向套4与质量振子7固联。缓冲弹簧5插入导向套4的内孔中，弹簧内径穿过带导向轴的定位座2的导向轴，由卡在带导向轴端的限位环6限位。当声能通过消声器时，声压力F0 sinωt作用到质量振子7的表面上，质量振子7在声压力F0 sinωt作用下，具有了动能，沿着带导向轴的定位座2上导向轴方向压缩主弹簧3，振动系统具有了势能，当声能推动质量振子的动能为零时，主弹簧3的弹性势能反向推动质量振子运动，当弹性势能释放完时，后一轮声能又重复这一过程，不断消耗声能，缓冲弹簧5是防弹性势能过冲引起质量振子7撞击限位环6而设。
在图3所示实施例中，零部件1～7功能、动作与图2所示实施例中相同，辅助弹簧 8的作用和功能是减少质量振子圆周边的变形量
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
