阅读说明：本技术 一种多腔夹层式微穿孔板消声结构 (Multi-cavity sandwich type micro-perforated plate noise elimination structure ) 是由 辛锋先 周鑫栋 段明宇 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多腔夹层式微穿孔板消声结构,包括微穿孔板,微穿孔板为圆筒形结构,外部设置有外壳,外壳和微穿孔板之间为环形结构的共振腔,外壳和微穿孔板之间径向间隔设置有多个隔板,隔板将共振腔分隔成多个大小相同的小共振腔,每个小共振腔内沿微穿孔板周向设置有夹层板,夹层板与隔板和微穿孔板之间形成封闭的内腔,夹层板与隔板和外壳之间形成封闭的外腔,外壳和微穿孔板的两端通过法兰连接。本发明微穿孔消声结构具有兼备中低与中高频带的吸声性能,良好的结构力学性能,是一种力学承载-宽频吸声的多功能一体化结构。(The invention discloses a multi-cavity sandwich type micro-perforated plate noise elimination structure which comprises a micro-perforated plate, wherein the micro-perforated plate is of a cylindrical structure, a shell is arranged outside the micro-perforated plate, a resonant cavity of an annular structure is formed between the shell and the micro-perforated plate, a plurality of partition plates are radially arranged between the shell and the micro-perforated plate at intervals, the partition plates divide the resonant cavity into a plurality of small resonant cavities with the same size, a sandwich plate is arranged in each small resonant cavity along the circumferential direction of the micro-perforated plate, a closed inner cavity is formed among the sandwich plate, the partition plates and the shell, a closed outer cavity is formed among the sandwich plate, the partition plates and the shell. The micro-perforated sound-absorbing structure has sound-absorbing performance of medium-low and medium-high frequency bands and good structural mechanical property, and is a multifunctional integrated structure of mechanical bearing and broadband sound absorption.)

一种多腔夹层式微穿孔板消声结构

技术领域

本发明属于宽频消声技术领域，具体涉及一种多腔夹层式微穿孔板消声结构。

背景技术

微穿孔板是一种新型吸声结构，与传统的阻性吸声材料制成的吸声结构相比，其不需要任何多孔吸声材料，只在薄金属板上开大量微孔，这些微孔的孔径在0.5～1mm，穿孔率在1％～5％之间，在穿孔后有一定深度的空腔。按需要吸收的频带不同而异，吸收低频、中频、高频时，空腔尺寸依次为150～200mm、80～120mm、30～50mm。为获得宽频带高吸收的效果，一般也采用双层微穿孔板结构。双层微穿孔板结构吸声系数高，消声频带较宽，还具有耐高温、耐油、防水、防火和防腐蚀等特点，目前已经被广泛应用于燃气轮机排气、鼓风机排气等消声工程中。但是双层微穿孔板结构在中高频带的吸声系数与消声频带远不如中低频带，不能兼顾中低频段与中高频段的吸声降噪。

现有的微穿孔板仅通过微穿孔板两端与外壳连接，其结构强度与刚度较差，在受到高速高压气流冲击时会产生结构振动，容易导致结构的破坏。而且该微穿孔板***为双层微穿孔板结构，其在中高频段的消声效果较差。尽管微穿孔板***具有吸声系数高等特点，但在实际工程应用中其还存在以下问题：

(1)结构强度不足，在高速高压气流的冲击下产生振动，容易导致结构破坏；

(2)在中高频段的消声降噪能力不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，解决现有微穿孔板消声结构结构强度不足和中高频段消声能力不足的难题。

本发明采用以下技术方案：

一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，包括微穿孔板，微穿孔板为圆筒形结构，外部设置有外壳，外壳和微穿孔板之间为环形结构的共振腔，外壳和微穿孔板之间径向间隔设置有多个隔板，隔板将共振腔分隔成多个大小相同的小共振腔，每个小共振腔内沿微穿孔板周向设置有夹层板，夹层板与隔板和微穿孔板之间形成封闭的内腔，夹层板与隔板和外壳之间形成封闭的外腔，外壳和微穿孔板的两端通过法兰连接。

具体的，隔板至少包括3个，厚度为1～2mm。

具体的，夹层板包括开有微穿孔或未作穿孔处理两种，两种夹层板间隔设置。

进一步的，未作穿孔处理的夹层板对应外腔的隔板上设置有微穿孔。

更进一步的，隔板上微穿孔的开孔区域小于等于相邻夹层板的开孔区域。

进一步的，夹层板的厚度为0.2～2mm，未作穿孔处理的夹层板的厚度小于开有微穿孔的夹层板厚度。

进一步的，微穿孔板，开有微穿孔的夹层板与隔板上的微穿孔呈方形排列，并均匀分布，微穿孔板，开有微穿孔的夹层板与隔板的微穿孔孔径不同，孔径均为0.4～1mm。

更进一步的，微穿孔板上的穿孔率比开有微穿孔的夹层板与隔板上的穿孔率大0.3％～0.5％，最大穿孔率小于等于5％。

具体的，微穿孔板的厚度为0.2～2mm，外壳的厚度为2～3mm。

具体的，共振腔的腔深为20～500mm。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，以微穿孔板结构为基础，利用隔板将微穿孔板与外壳形成的环形空腔分隔成若干小空腔，提高结构的力学性能，穿有微穿孔的夹层板将小空腔分隔成内腔与外腔，与微穿孔板一起形成双层微穿孔板结构。未作穿孔处理的夹层板与微穿孔板形成单层微穿孔板结构，参与形成封闭外腔的隔板部分作微穿孔处理，连通未作穿孔处理的夹层板后的外腔与穿有微穿孔的夹层板后的外腔，增强降噪性能，为了使结构便于连接通气管道，在外壳的两端设置法兰接口。

进一步的，为了保证结构具有稳定的力学性能，纵向隔板的数量至少为3，为了使结构在横向具有足够的刚度，将各个隔板的板厚设为1～2mm，且各个纵向隔板厚度相同。

进一步的，为了形成单层与双层微穿孔板结构，夹层板上穿有微穿孔或未作穿孔处理，穿有微穿孔的夹层板与未作穿孔的夹层板呈间隔分布。

进一步的，为了使未作穿孔处理的夹层板后的外腔与穿有微穿孔的夹层板后的外腔连通串联，以增强降噪性能，未作穿孔处理的夹层板后的外腔的隔板部分作穿孔处理，开孔区域不超过相邻的夹层板。

进一步的，为了实现宽频吸声，微穿孔板和外壳之间的环形共振腔的腔深为20-500mm，调整单层微穿孔板结构的腔深，使其共振频率落在中高频段，以弥补双层微穿孔板结构在中高频段吸声能力的不足。

进一步的，为了保证开有微穿孔的夹层板的吸声效果，夹层板的厚度范围为0.2～2mm，且为了实现降低结构重量，未作穿孔处理的夹层板的厚度可以小于开有微穿孔的夹层板厚度。

进一步的，为了保证微穿孔板结构的吸声效果，微穿孔板与穿有微穿孔的夹层板上的微穿孔孔径范围设置为0.4～1mm，穿孔分布均匀，孔呈方形排列，且根据实际需求，微穿孔板与隔板，穿有微穿孔的夹层板上的微穿孔孔径可以不相同，为了优化设计结构，微穿孔板上的穿孔率比隔板以及开有微穿孔的夹层板上的穿孔率大0.3％～0.5％，最大穿孔率不超过5％。

进一步的，为了保证微穿孔板的吸声效果，微穿孔板的厚度范围设置为0.2～2mm，为了保证结构整体的强度与刚度，外壳厚度设为2～3mm。

综上所述，本发明微穿孔消声结构具有兼备中低与中高频带的吸声性能，良好的结构力学性能，是一种力学承载-宽频吸声的多功能一体化结构。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明吸声结构分解示意图；

图2为本发明吸声结构截面图；

图3为本发明三个实施例在100～3000Hz范围内的传输损耗示意图。

其中：1.外壳；2.隔板；3.夹层板；4.微穿孔板；5.法兰。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“左”、“右”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，由外壳，隔板，夹层板与微穿孔板四部分组成的宽频消声结构。隔板的主要作用是增强本发明的强度与刚度，以及形成多腔结构，便于各腔各自的吸声设计。穿有微穿孔的夹层板的主要作用是形成双层微穿孔板结构，提高中低频段的吸声能力。未作穿孔处理的夹层板的主要作用是形成单层微穿孔板结构，通过设计腔深等参数以提高结构在中高频段的吸声能力。

请参阅图1和图2，本发明一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，包括外壳1和设置在外壳1内部的微穿孔板4。外壳1和微穿孔板4呈圆筒状且同心设置，外壳1和微穿孔板4之间形成的环形共振腔被隔板2纵向贯穿，均匀划分成若干小共振腔，各隔板2的宽沿外壳1的半径方向分布，各小共振腔大小相同，小共振腔被夹层板3分隔成内腔与外腔，夹层板3呈圆弧状且与外壳1呈同心设置。微穿孔板4，夹层板3与隔板2形成封闭的内腔；夹层板3，外壳1与隔板2形成封闭的外腔。

隔板2的数量取决于实际需求，但至少为3；夹层板3上穿有微穿孔或未作穿孔处理，两类夹层板呈间隔分布。

未作穿孔处理的夹层板3后的外腔的隔板2部分穿有微穿孔，开孔区域不超过相邻的夹层板3。

外壳1和微穿孔板4之间的环形共振腔的腔深为20～500mm；各个隔板2的厚度相同，为1～2mm；微穿孔板4的厚度为0.2～2mm；外壳1厚度为2～3mm。

夹层板3的厚度范围为0.2～2mm，未作穿孔处理的夹层板3的厚度小于开有微穿孔的夹层板3厚度。

微穿孔板4，开有微穿孔的夹层板3与隔板2上的微穿孔孔径不相同，孔径为0.4～1mm，穿孔分布均匀，孔呈方形排列，微穿孔板4上的穿孔率比开有微穿孔的夹层板3与隔板2上的穿孔率大0.3％～0.5％，最大穿孔率不超过5％。

外壳1、微穿孔板4、隔板2与夹层板3之间通过胶接固定，保证结构内部力学性能的稳定性，外壳、微穿孔板、隔板与夹层板之间通过胶接固定。

外壳1两端设置有法兰5接口，用于连接通气管道。

在实际应用中，可将多个多腔夹层式微穿孔板消声结构串联连接，并用环形隔板分隔开，以提升消声性能。

优选的，请参阅图1，是隔板数为8的一种多腔夹层式微穿孔板消声结构，由两个多腔夹层式微穿孔板消声结构串联而成。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的声学性能的预估采用有限元方法进行，下面通过具体应用中的实例对本发明技术方案进行示例性说明。

实施例用材料如下：

空气：其特征是密度1.29kg/m³，动力粘度系数1.82×10^-5kg/m·s，声速343m/s。

实施例的结构尺寸：

实施例1

两个多腔夹层式微穿孔板消声结构串联且结构参数相同，微穿孔板厚度0.45mm，穿孔直径0.4mm，穿孔率4％，穿有微穿孔的夹层板厚度0.7mm，其微穿孔直径0.4mm，穿孔率3.7％，未作穿孔处理的夹层板厚度0.4mm，外壳厚度2mm，隔板厚度1.5mm，隔板数为6，穿有微穿孔的隔板区域的穿孔率4％，穿孔直径0.7mm，微穿孔板直径40mm，外壳与微穿孔板之间的环形共振腔的腔深60mm，穿有微穿孔的4块夹层板的曲率半径分别为55mm，55mm，60mm，60mm，未作穿孔处理的2块夹层板的曲率半径分别为50mm，50mm，单个消声结构长度为50mm。

实施例2

其余参数不变，仅隔板数改为8，穿有微穿孔的6块夹层板的曲率半径分别为50mm，50mm，55mm，55mm，60mm，60mm，未作穿孔处理的2块夹层板的曲率半径分别为50mm，50mm。

实施例3

其余参数不变，仅隔板数改为10，穿有微穿孔的8块夹层板的曲率半径分别为45mm，45mm，50mm，50mm，55mm，55mm，60mm，60mm，未作穿孔处理的2块夹层板的曲率半径分别为50mm，50mm。

采用以上所述材料和结构尺寸进行数值模拟，给出了实施例的结果如下所述：

请参阅图3，为一种多腔夹层式微穿孔板消声结构的三个实施例在100～3000Hz范围内的传输损耗示意图。

由图中可知，实施例1在100～1500Hz内的平均传输损耗达到23.3dB，在1500～3000Hz内的平均传输损耗达到24.7dB。

实施例2在100～1500Hz内的平均传输损耗达到24.6dB，在1500～3000Hz内的平均传输损耗达到22.1dB。

实施例3在100～1500Hz内的平均传输损耗达到25.0dB，在1500～3000Hz内的平均传输损耗达到19.6dB。

从平均传输损耗来看，实施例1的中高频段的传输损耗达到24.7dB，中高频段的吸声性能最优。三个实施例将中低频段与中高频段的平均传输损耗的差值控制在6dB以内。

根据上述数据可以看出，本发明达到的技术效果如下：

1、本发明试件的结构长度为100mm仿真模型在1500～3000Hz的中高频段范围内，平均传输损耗可达到24.7dB，中高频段的吸声性能与中低频段吸声性能相当，吸声降噪性能优异。

2、本发明具有很强的性能可设计性，可根据不同频段的吸声降噪要求，灵活改变结构的隔板数，设计每个小空腔中各自夹层板的结构参数，以满足特定的吸声降噪要求；

3、本发明中使用隔板将环形空腔分隔成若干小空腔，增腔了结构的力学性能，提高了结构抗高速高压气流冲击的能力；

根据本发明一种多腔夹层式微穿孔消声结构的上述特点，可用于设计管道消声，如工业燃气轮机，排气通道等的管道，实现管道吸声降噪需求，具有很广泛的工程应用前景，为工程结构中的兼顾中低和中高频段的消声设计和抗气流冲击设计提供了全新的解决方案。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。