1.本发明属于吹尘枪消声技术领域，更具体地，涉及一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置及方法。


背景技术：

2.吹尘枪在五金零件，电子制造，家具制造，玩具制造，汽车制造，汽车维修等行业应用广泛，最适合使用在一些手接触不到的一些比较狭窄、高处以及气管内的清洁工作。气动吹尘枪是利用空气放大的原理，有效的减少压缩空气的消耗量，从而产生强大和精确的气流，并带动周围空气一起工作，在此过程中产生的噪声问题是困扰很多企业的难题。
3.一般情况下，吹尘枪噪声属于喷注噪声，且气压越大，吹尘效果越好，产生的噪声就越大，且均在90dba以上，构成了车间内的主要噪声源，这些噪声叠加时，车间内的噪声甚至可达100dba以上，严重威胁劳动者的职业健康，即使增加个体防护，仍然会对劳动者健康造成较大影响。虽然可以通过调整气压的方式降低气动吹尘枪的噪声，但往往气压调整过低后会影响气流速度，从而影响吹尘效果。一般情况下，降噪分为源头降噪、传播途径降噪和接受者保护三个方面。其中源头降噪效果最好，其次是将人与噪声源分离，最后是给劳动者配备耳塞(个体防护)。如果配备耳塞，将影响劳动者之间的沟通且仍然会对劳动者健康造成较大影响；将人与噪声源分离，将导致工作效率严重下降；因此，针对吹尘枪源头进行降噪是最优的解决方案。
4.分析目前针对此场景所采用的消声器，采用的技术原理主要有以下几种类型：阻性消声，通过吸音材料来消声；抗性消声，不使用消声材料，仅通过声阻抗变化来消声；阻抗复合型消声，综合利用阻性和抗性消声技术来消声；穿孔共振消声是最常用也是最有效的一种消声器；其降噪效果较好，但因为孔隙细小也带来了较多问题：压损较大，影响到脉冲排气设备的效率，对吹尘枪而言，直观的表现就是出口风速下降；易堵塞，影响到吹尘枪的正常使用。阻性或抗性消声器在使用中存在的主要问题是，吹尘枪排气噪声频率主要集中于中高频(1000～16000hz)，在这个频段虽然吸声系数较高，但需要很大的消声器长度和吸音材料的厚度，对于抗性消声器来说也是需要很大的空间体积，而这对于只有6mm或者8mm外径的吹尘枪来说实际是不可行的。
5.因此，急需一种消声量优于传统消声器的，出口风速不下降的小型吹尘枪消声装置。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置，通过在外壳筒的一端设伸入筒内的吹尘枪接口，在另一端设弧形渐变结构式的集束喷头，在吹尘枪接口与集束喷头之间依次间隔设置微孔共振板和消声单元，形成两个消声静压膨胀腔，且集束喷头出口为长宽比较大的矩形喷口，能够降低喷注势核体积，本发明集成多种降噪原理，尺寸小，消声量优于传统消声器，且吹尘枪的出口风速不
会下降，解决了现有的吹尘枪消声采用穿孔共振压损大、吹尘枪出口风速下降、易堵塞，影响吹尘枪正常使用的问题。
7.为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置，包括外壳筒、设于所述外壳筒一端底部的吹尘抢接口、设于所述外壳筒内部与所述吹尘枪接口间隔设置的微孔共振板、消声单元以及可拆卸安装于所述外壳筒远离所述吹尘枪接口一端的集束喷头；其中，
8.所述外壳筒的一端内壁与所述微孔共振板之间形成第一消声扩压腔；所述微孔共振板与所述外壳筒以及所述集束喷头的内壁之间共同形成第二消声扩压腔；
9.所述吹尘抢接口伸入所述第一消声扩压腔内形成内插管，以对经过所述第一消声扩压腔的气流进行抗性扩压消声；所述消声单元设于所述第二消声扩压腔内形成内插管，以对经过所述微孔共振板的气流进行进一步抗性扩压消声；
10.所述消声单元包括设于所述外壳筒内部中心的消声内芯、贴合设于所述消声内芯与所述外壳筒内壁之间的支撑隔板以及充填于所述消声内芯内部的吸音材料；通过所述支撑隔板提高一阶截止频率，进而增加消声频带范围；
11.所述集束喷头远离所述吹尘枪接口的一端端部设有喷头出口；所述喷头出口为长宽比大于3的扁矩形孔，通过增大出口矩形长宽比以减小势核体积，从而减小噪声辐射强度。
12.进一步地，所述集束喷头远离所述吹尘枪接口的一端外部为凹向内部的弧形渐变结构；
13.所述扁矩形孔的开孔面积为所述吹尘抢接口口径面积的1～1.5倍；
14.所述集束喷头与所述外壳筒之间通过螺纹或卡扣连接。
15.进一步地，所述消声装置的整体长度为30～60mm；
16.所述消声装置的整体重量为5g～20g。
17.进一步地，所述外壳筒为一端开口的空心柱状结构；
18.所述吹尘抢接口为设于所述外壳筒底部的沿所述外壳筒中心轴线方向的螺纹管或圆管状结构；
19.所述吹尘抢接口的一端与所述外壳筒的外底部平齐，另一端伸入到所述外壳筒的内部并凸出内底部一定高度。
20.进一步地，所述消声单元间隔设于所述微孔共振板远离所述吹尘枪接口的一侧，其排布方向与所述外壳筒的中心轴线方向一致。
21.进一步地，所述微孔共振板为微孔板，所述微孔共振板的穿孔面积为所述吹尘枪接口口径面积的1～1.5倍；
22.所述微孔共振板的孔径为0.1～1mm，穿孔率为8～23％。
23.进一步地，所述微孔共振板的穿孔板共振频率：
[0024][0025]
式中，f0为穿孔板共振频率；c为声速；p为穿孔率，d为圆孔直径；t为板厚，l为板后空气层厚度。
[0026]
进一步地，所述消声内芯为一端开口的中空锥形结构，开口端朝向所述集束喷头，
以保证消声效果，锥形尖朝向所述微孔共振板，以节约消声空间和导流，减少压损；
[0027]
所述消声内芯的侧壁设有多个1～3mm孔径的微孔，穿孔率为20％～33％；
[0028]
所述吸音材料填充于所述中空锥形结构内。
[0029]
进一步地，所述外壳筒两端开口，所述外壳筒的一端可拆卸的设有底座；所述吹尘枪接口贯穿设于所述底座的中心；
[0030]
所述外壳筒远离所述底座的一端内壁设有l形卡槽，所述支撑隔板的一端卡设于所述l形卡槽内；所述集束喷头的内壁设有与所述支撑隔板的另一端相抵接的环形限位板，通过所述l形卡槽和所述环形限位板共同将所述消声单元固定于所述第二消声扩压腔内。
[0031]
本发明的另一个方面提供一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声方法，包括如下步骤：
[0032]
s100：从吹尘枪出来的中高频噪声气流通过所述吹尘抢接口进入所述第一消声扩压腔进行抗性扩压消声；
[0033]
s200：通过所述微孔共振板将上一步骤处理后的气流噪声频谱提升到人耳听不到的中高频频带范围；
[0034]
s300：通过所述第二消声扩压腔的抗性扩压消声作用、所述消声单元的阻性消声作用以及通过所述支撑隔板增加消声频带范围共同对上一步骤中的所述中高频频率范围噪声进行降噪处理；
[0035]
s400：通过所述集束喷头降低喷注势核体积，进一步将上一步骤处理后的辐射噪声降低。
[0036]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0037]
本发明的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置，通过外壳筒上的吹尘抢接口将吹尘枪与本发明相连接，然后气流从吹尘枪进入本发明后首先经过第一消声扩压腔的抗性扩压消声作用，形成中低频噪声，之后气流通过微孔共振板的共振吸声原理将中低频噪声提升到人耳听不到的频率范围，随后经过第二消声扩压腔的抗性扩压消声作用、消声单元的阻性消声作用以及通过支撑隔板分割第二消声扩压腔内气流提高一阶截止频率,共同降低经过微孔共振板处理后的中高频噪声，随后，气流从集束喷头喷出，通过采用集束喷头出口截面长宽比较大的矩形喷口降低喷注势核体积，以进一步降低辐射噪声；本发明采用3d打印或注塑技术制造，为三维各向尺寸≤60mm的小尺寸消声器，易安装，无需气动快插接口，集成多种降噪原理，消声量优于传统消声器，且吹尘枪的出口风速不会下降，解决了现有的吹尘枪消声采用穿孔共振压损大，吹尘枪出口风速下降，易堵塞，影响吹尘枪正常使用的问题。
附图说明
[0038]
图1为本发明实施例1一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的内部结构示意图(适用于3d打印制造)；
[0039]
图2为本发明实施例1一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的整体结构示意图(适用于3d打印制造)；
[0040]
图3为未采用内插管设计的消声原理示意图；
[0041]
图4为采用内插管设计的消声原理示意图；
[0042]
图5为本发明的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的集束喷头降噪原理示意图；
[0043]
图6为本发明实施例2一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的内部结构示意图(适用于注塑制造)；
[0044]
图7为本发明实施例2一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的整体结构示意图(适用于注塑制造)；
[0045]
图8为本发明的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声方法的流程示意图；
[0046]
图9为本发明的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的插入损失和降噪量的关系示意图。
[0047]
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-外壳筒、11-第一消声扩压腔、12-第二消声扩压腔、2-吹尘枪接口、3-微孔共振板、4-消声单元、41-消声内芯、42-支撑隔板、43-吸音材料、5-集束喷头、51-喷头出口、6-底座、7-吹尘枪。
具体实施方式
[0048]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0049]
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，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0050]
此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”......的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0051]
实施例1
[0052]
如图1-图5所示，本发明的一个实施例提供一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置，包括外壳筒1、设于所述外壳筒1一端底部的吹尘抢接口2、设于所述外壳筒1内部与所述吹尘枪接口2间隔设置的微孔共振板3、消声单元4以及可拆卸安装于所述外壳筒1远离所述吹尘枪接口2一端的集束喷头5；设有所述吹尘抢接口2的一端的所述外壳筒1内壁与所述微孔共振板3之间形成第一消声扩压腔11，所述吹尘抢接口2伸入所述第一消声扩压腔11内形成内插管，同时，所述微孔共振板3与所述集束喷头5的内壁以及外壳筒1之间共同形成第二消声扩压腔12，所述消声单元4设于所述第二消声扩压腔12内，也形成内插管；吹
尘枪7通过外壳筒1上的吹尘抢接口2与本发明相连接，然后中高频气流(1000～16000hz)从吹尘枪进入本发明后首先经过第一消声扩压腔11起到抗性扩压消声作用，形成中低频噪声(10～1000hz)，之后通过微孔共振板3将所述中低频噪声气流频率提升到人耳听不到的频率范围，随后经过第二消声扩压腔12的抗性扩压消声作用、消声单元4的阻性消声作用以及通过支撑隔板分割第二消声扩压腔内气流提高一阶截止频率,共同降低经过微孔共振板处理后的气流噪声，随后，气流从集束喷头喷出，通过减小喷注势核体积，进一步降低辐射噪声；本发明的消声装置三维各向尺寸≤60mm，为采用3d打印制造的小尺寸消声器，具有两个消声静压膨胀腔，集束喷头出口为长宽比较大的矩形喷口，能够降低喷注势核体积，本发明集成多种降噪原理，消声量优于传统消声器，且吹尘枪的出口风速不会下降，解决了现有的吹尘枪消声采用穿孔共振压损大，吹尘枪出口风速下降，易堵塞，影响吹尘枪正常使用的问题；本发明易安装，无需气动快插接口。
[0053]
进一步地，如图1-图4所示，所述外壳筒1为一端开口的空心柱状结构；所述吹尘抢接口2为设于所述外壳筒1底部的沿所述外壳筒1中心轴线方向的螺纹管或圆管状结构，所述吹尘抢接口2的一端与所述外壳筒1的外底部平齐，另一端伸入到所述外壳筒1的内部并凸出内底部一定高度，用于与吹尘枪的吹气口安装；与所述第一消声扩压腔11相连的所述吹尘抢接口2的进口螺纹或圆管除了与吹尘枪连接外，还起到内插管扩压消声的作用，属于一种抗式消声器；所述消声单元4间隔设于所述微孔共振板3远离所述吹尘枪接口2的一侧，其排布方向与所述外壳筒1的中心轴线方向一致，所述消声单元4部分位于所述外壳筒1的内部，部分伸入所述集束喷头5的内部，所述消声单元4相当于插入所述第二消声扩压腔12内部，形成内插管，也起到一定的内插管抗性消声作用；内插管抗性消声量计算如以下公式所示：
[0054][0055]
其中，m为扩张比，是空腔的横截面积与管道横截面积之比；l为扩张室长度，k为波数，λ为声波波长；由此可知，抗性消声器的消声性能取决于扩张比；图3为未采用内插管设计的消声原理示意图，图4为采用内插管设计的消声原理示意图，其中，l为消声管的长度；l1和l2分别为消声管前后接管长度；l3和l4分别为消声管前后内插管长度；d为消声管膨胀腔内径；d为消声器前后接管内径；可见采用内插管设计的消声器扩张比越大，消声性能越好。
[0056]
进一步地，如图1-图4所示，所述微孔共振板3为微孔板，所述微孔共振板3的穿孔面积为所述吹尘枪接口2口径面积的1～1.5倍，微孔共振板的孔径为0.1～1mm，穿孔率为8～23％；所述微孔共振板3属于穿孔共振吸声单元，其可视为若干个单个空腔共振器的并联；单个空腔共振器在共振频率附近吸声性能较好，而在其它频率吸声性能较差；如下公式所示，穿孔板共振频率：
[0057][0058]
式中，f0为穿孔板共振频率；c为声速；p为穿孔率，d为圆孔直径；t为板厚，l为板后
空气层厚度；通过p、t、d、l从而控制共振频率，本发明主要采用共振吸声原理，通过调整以上参数控制并将所述第一消声扩压腔11内的中低频躁声(10～1000hz)提升到人耳听不到的频率范围。
[0059]
进一步地，如图1-图4所示，所述消声单元4包括设于所述外壳筒1内部中心的消声内芯41、贴合设于所述消声内芯41与所述外壳筒1内壁之间的支撑隔板42以及充填于所述消声内芯41内部的吸音材料43；所述消声内芯41为一端开口的中空锥形结构，所述吸音材料43填充于中空锥形结构内，以达到更好的消声效果；所述消声内芯41的侧壁设有多个1～3mm孔径的微孔，穿孔率为20％～33％；所述消声内芯41的开口端朝向所述集束喷头5，防止高速气流将消声内芯内填充的消声棉吹散和吹出消声器，以保证消声效果，锥形尖朝向所述微孔共振板3，以节约消声空间和导流，减少压损；
[0060]
另外，对于圆管的一阶波截止频率为：
[0061][0062]
其中，c0为声速，d为等效直径，当d越小，f越大；本发明通过在所述消声内芯41与所述外壳筒1内壁之间增加支撑隔板42，使得d相对变小，进而提高一阶波截止频率，增加消声频带范围，进而增强降噪效果。
[0063]
进一步地，如图1-图5所示，所述集束喷头5远离所述吹尘枪接口2的一端外部为凹向内部的弧形渐变结构，其端部设有喷头出口51，所述弧形渐变结构在所述喷头出口51的两侧对称布置；所述集束喷头5与所述外壳筒1之间通过螺纹连接或卡扣连接；从吹尘枪出来的高压气体以高速喷射出来，速度可达30m/s以上，由此产生的噪声称为喷注噪声，喷注噪声是管口喷射的高速气流与周围静止空气激烈混合时产生的；管口处喷射的高速气流由于内部静压远低于静止气体的压强，所以在高速气流周围产生强烈的引射现象，沿气流喷射方向的一定距离内的大量气体被引射气流卷吸进去，从而使得喷射体积越来越大；在喷口附近，仍保留体积逐渐缩小的一小股高速气流，其速度仍保持喷口处的气流速度，常被称为射流势核，一般为4d，势核内的气流剧烈混合，辐射较强的噪声；其中d为当量直径，当面积相同的圆管和矩形管，矩形的长宽比越大，d越小；因此，降低当量直径d可以减小射流势核，从而减小噪声辐射强度；本发明的所述喷头出口51为长宽比大于3的扁矩形孔，且开孔面积为所述吹尘枪接口2口径面积的1～1.5倍；相比传统消声装置而言，本发明采用矩形管，通过增大喷头出口矩形长宽比以减小势核体积，从而减小噪声辐射强度。
[0064]
进一步地，如图1-图4所示，本发明的消声装置长度较小为30～60mm，整体重量为5g～20g，能够适用于只有6mm或者8mm外径的吹尘枪消声，消声量优于传统消声器，且吹尘枪的出口风速不会下降。
[0065]
本发明的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置的工作原理：吹尘枪通过外壳筒上的吹尘抢接口与本发明相连接，然后气流从吹尘枪进入本发明后首先经过第一消声扩压腔的抗性扩压消声作用，形成中低频噪声，之后气流通过微孔共振板的共振吸声原理将低频噪声提升到人耳听不到的频率范围，随后经过第二消声扩压腔的抗性扩压消声作用、消声单元的阻性消声作用以及通过支撑隔板分割第二消声扩压腔内气流提高一阶截止频率,共同进一步降低经过微孔共振板处理后的气流噪声，随后，气流从集束喷头喷出，通过采用带有出口截面长宽比较大的扁矩形孔的集束喷头改变喷注势核体积，以进一步降
低辐射噪声。
[0066]
实施例2
[0067]
如图6和图7所示，本实施例与实施例1基本相同，主要区别在于：本实施例的一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声装置，包括两端开口的外壳筒1、可拆卸设于所述外壳筒1一端外部的底座6、设于所述底座6中心的与所述外壳筒1内部连通的吹尘枪接口2、设于所述外壳筒1内部与所述吹尘枪接口2间隔设置的微孔共振板3、消声单元4以及可拆卸安装于所述外壳筒1远离所述吹尘枪接口2一端的集束喷头5；所述外壳筒1远离所述底座6的一端内壁设有l形卡槽，所述支撑隔板42的一端卡设于所述l形卡槽内，所述集束喷头5的内壁设有与所述支撑隔板42的另一端相抵接的环形限位板，通过所述l形卡槽和所述环形限位板共同将所述消声单元4固定于所述第二消声扩压腔12内；本发明适用于注塑制造；其他方面与实施例1相同，在此不再赘述。
[0068]
如图8所示，本发明还提供一种基于穿孔共振的阻抗复合式吹尘枪消声方法，包括如下步骤：
[0069]
s100：从吹尘枪出来的中高频噪声气流通过所述吹尘抢接口2进入所述第一消声扩压腔11进行抗性扩压消声，形成中低频噪声气流；
[0070]
s200：通过所述微孔共振板3将所述中低频噪声气流的噪声频谱提升到人耳听不到的中高频频带范围；
[0071]
s300：通过所述第二消声扩压腔12的抗性扩压消声作用、所述消声单元4的阻性消声作用以及通过所述支撑隔板42增加消声频带范围共同对所述中高频频率范围噪声进行降噪处理；
[0072]
s400：通过所述集束喷头5降低喷注势核体积，进一步将上一步骤处理后的辐射噪声降低。
[0073]
本发明为采用3d打印或注塑技术制造的小尺寸消声器，具有两个消声静压膨胀腔，集束喷头出口为长宽比较大的矩形喷口，能够降低喷注势核体积，同时集成多种降噪原理，消声量优于传统消声器，且吹尘枪的出口风速不会下降，解决了现有的吹尘枪消声采用穿孔共振压损大，吹尘枪出口风速下降，易堵塞，影响吹尘枪正常使用的问题；本发明易安装，无需气动快插接口；如图9所示，实验测试表明，采用本发明的消声装置后，各倍频程插入损失，即1000hz以上的插入损失≥11db，由于吹尘枪的噪声主频多在1000hz以上，本发明的实际综合降噪量12～15db。
[0074]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。