充液管道低频鼓式主被动复合消声系统

摘要

本发明的目的在于提供充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，包括上游外管封头、矩形壳体、下游外管封头、板式膜结构，矩形壳体的两端分别与上游外管封头和下游外管封头相连，板式膜结构位于矩形壳体里并分别与上游外管封头和下游外管封头固定，板式膜结构与矩形壳体、上游外管封头、下游外管封头构成封闭的背腔，下游外管封头连接下游管路，上游外管封头上安装第一水听器，下游外管封头上分别安装水压传感器和以及向背腔填充气体的压力平衡装置，下游管路上安装第二水听器。本发明突破了传统被动消声结构，利用柔性板式膜结构与封闭背腔形成的鼓式构型对入射声波产生反射作用达到抗性降噪。充液流动的管路不存在截面突变结构，降低了阻力损失。

权利要求

1.充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，其特征是：包括上游外管封头、矩形壳体、下游外管封头、板式膜结构，矩形壳体的两端分别与上游外管封头和下游外管封头相连，板式膜结构位于矩形壳体里并分别与上游外管封头和下游外管封头固定，板式膜结构与矩形壳体、上游外管封头、下游外管封头构成封闭的背腔，下游外管封头连接下游管路，上游外管封头上安装第一水听器，下游外管封头上分别安装水压传感器和以及向背腔填充气体的压力平衡装置，下游管路上安装第二水听器；

板式膜结构外部设置主动控制系统，所述主动控制系统包括油壳、顶杆、缸套，缸套安装在顶杆的外部，顶杆上套有与缸套相配合实现密封气体的活塞环，顶杆的底端面作用在板式膜结构上，缸套的底端上设置斜切的回油孔，回油孔通过回油管连通油壳；

回油管的端部上安装压力电磁阀。

2.根据权利要求1所述的充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，其特征是：板式膜结构的弯曲刚度中心部分大于边缘部分。

说明书

充液管道低频鼓式主被动复合消声系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种消声系统，具体地说是充液管道消声系统。

背景技术

[0002] 充液管道在舰船领域有着广泛应用，但管路系统的噪声控制一直是困扰人们的难题。海水管路系统中泵、阀等元器件为主要噪声源，其噪声能量主要集中在低、中频段，这样就对水管路消声器提出了宽带低频消声的设计要求。针对波长较大的低频噪声，传统的扩张管和共振腔式消声器降噪效果有限且结构尺寸大，其安装受舰船空间的限制；现有的主动消声设备受压电陶瓷低频线性度不高的限制，其低频降噪效果亦不是很理想。因此现有的充液管道消声设备还不能达到理想的低频宽带消声。

[0003] 如一申请公布号为CN104500904A的发明专利“高压充液管路一体化集成有源消声器”公开了一种可用于高压充液管路、基于管状压电陶瓷作动器的有源消声器，主要包括圆筒形外壳，设置于外壳中间的基于管状压电陶瓷的作动器，上下游管段内侧的传感器，壳体与作动器管段之间的信号拾取和调理系统、功率放大系统、基于DSP的高速信号处理系统。它主要利用有源消声来抵消低频噪声，但受压电陶瓷作动器自身性能限制，低频降噪带宽不长、降噪效果有限。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供使向下游传播的透射声能量减少，实现低频宽带降噪的充液管道低频鼓式主被动复合消声系统。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 本发明充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，其特征是：包括上游外管封头、矩形壳体、下游外管封头、板式膜结构，矩形壳体的两端分别与上游外管封头和下游外管封头相连，板式膜结构位于矩形壳体里并分别与上游外管封头和下游外管封头固定，板式膜结构与矩形壳体、上游外管封头、下游外管封头构成封闭的背腔，下游外管封头连接下游管路，上游外管封头上安装第一水听器，下游外管封头上分别安装水压传感器和以及向背腔填充气体的压力平衡装置，下游管路上安装第二水听器。

[0007] 本发明还可以包括：

[0008] 1、板式膜结构外部设置主动控制系统，所述主动控制系统包括油壳、顶杆、缸套，缸套安装在顶杆的外部，顶杆上套有与缸套相配合实现密封气体的活塞环，顶杆的底端面作用在板式膜结构上，缸套的底端上设置斜切的回油孔，回油孔通过回油管连通油壳。

[0009] 2、回油管的端部上安装压力电磁阀。

[0010] 3、板式膜结构的弯曲刚度中心部分大于边缘部分。

[0011] 本发明的优势在于：本发明突破了传统被动消声结构(穿孔管和共振腔)，利用柔性板式膜结构与封闭背腔形成的鼓式构型对入射声波产生反射作用达到抗性降噪。充液流动的管路不存在截面突变结构，降低了阻力损失。进一步结合主动控制技术加强板式膜结构的振动以提高波反射，能够实现从近似零开始的低频范围宽带降噪。

附图说明

[0012] 图1为本发明的结构示意图；

[0013] 图2为集成主动控制系统的结构示意图；

[0014] 图3为作动器局部放大示意图；

[0015] 图4为主动消声流程框图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

[0017] 结合图1-4，本发明的充液管道鼓式复合消声系统，包括上游外管封头1，矩形壳体2，下游外管封头3，内管路板式膜结构7，穿过壳体设置于壳体外部的包含信号拾取及低通滤波、主动控制器、功率放大器、作动器的集成主动控制系统5，下游外管封头的压力平衡装置10，配套的测量装置水听器6、9、水压传感器8。所述板式膜结构7与上游外管封头1、下游外管封头3采用螺栓11法兰密封连接，与矩形壳体2和外管封头1、3构成封闭的背腔。

[0018] 本发明的充液管道鼓式复合消声系统，在下游外管封头3处安装压力平衡装置10，相应在下游管段处安装水压传感器8。所述压力平衡装置10向封闭背腔优选地填充空气，保证内管路充液压力与背腔静压基本平衡，减少板式膜结构的振动阻力。

[0019] 本发明的充液管道鼓式复合消声系统，入射声波由刚性壁面的管路传播到柔性板式膜结构7时，入射声波作为脉动压力负载作用在板式膜结构7上而激起板式膜片的横向振动，膜片的振动会向两侧(管道内部和封闭背腔内部)辐射声波，同时辐射声波又作为脉动压力载荷作用在振动的膜片两侧，这将导致膜片的振动与其两侧的声场完全耦合在一起，形成鼓式构型的消声结构。所述辐射声波即认为是入射声波的在柔性板式膜结构7处的反射声波,使其与入射波干涉叠加而达到降噪目的。

[0020] 本发明的充液管道鼓式复合消声系统，进一步采用集成主动控制系统5加强板式膜结构7的振动以提高波反射，能够从近似零开始的低频范围宽带降噪效果突出。具体实施过程中，水听器6优选地布置在上游外管封头1拾取参考信号，布置在下游管路的水听器9来拾取误差信号；所获取的信号都经电缆输送至集成主动控制系统5，并在所述的集成主动控制系统5内经低通滤波后由主动控制器采用前馈控制算法计算出控制力，最终控制信号经功率放大后输送到作动器激励板式膜结构7振动以提高波反射。

[0021] 本发明的充液管道鼓式复合消声系统，所述作动器的顶杆16依靠外部的缸套12支撑导向，在顶杆16底端安装三道活塞环15以密封气体；活塞环15与缸套12采用油润滑，在缸套12下端设有一圈斜切的回油孔14，下漏的润滑油经回油孔14、回油管4回流到油壳，供二次使用；特别地要在回油管4的上部弯头段安装压力电磁阀17。压力电磁阀17可控制回油管的开闭，保证背腔的压力稳定，也可作为辅助安全阀防止背腔压力过载。进一步，在整个缸套外部安装承压壳13避免作动机构受损。

[0022] 本发明充液管道鼓式复合消声系统，包括上游外管封头、矩形壳体、下游外管封头，壳体中间的内管路板式膜结构，板式膜结构与矩形壳体和外管封头形成一个封闭背腔，穿过壳体设置于壳体外部的包含信号拾取及低通滤波、主动控制器、功率放大器、作动器的集成主动控制系统。布置在上、下游管段水听器采集的信号经主动控制系统后计算出作动力，作动力经由作动器施加在板式膜结构上，进一步加强板式膜结构振动。

[0023] 在板式膜结构与矩形壳体和外管封头形成的封闭背腔安装压力平衡装置。封闭背腔由压力平衡装置填充的是气体，优选但不只限于空气。板式膜结构特征是弯曲刚度中心大边缘小。集成主动控制系统的作动器顶杆作用在板式膜结构上，顶杆外有缸套支撑导向，且在顶杆下端装有三道活塞环以密封气体；活塞环与缸套采用油润滑；在缸套下端设有一圈斜切的回油孔。

[0024] 本发明一种充液管道低频鼓式主被动复合消声系统，包括上游外管封头、矩形壳体、下游外管封头，壳体中间的内管路板式膜结构，板式膜结构与矩形壳体和外管封头形成一个封闭的背腔；所述板式膜结构和封闭背腔对入射声波产生反射作用实现抗性降噪。布置在上、下游管段水听器采集的信号经主动控制系统后计算出作动力，所述作动力经作动器施加在板式膜结构上，进一步加强板式膜结构振动以提高波反射，使向下游传播的透射声能量减少。板式膜结构与上下游外管封头均采用法兰固支连接以求获得更宽的消声频带。板式膜结构的弯曲刚度中心大边缘小，能够实现最佳声反射并更好地匹配主动控制系统产生的作动力。板式膜结构与矩形壳体和外管封头形成的封闭背腔需要安装压力平衡装置保持内管路充液压力与背腔静压基本平衡，减少板式膜结构的振动阻力。鼓式封闭背腔填充的是气体，优选地选择空气，其易于获得且方便压力平衡装置吸入和排出。