减噪音的扩散器和减小噪音的方法技术

一种减噪音的扩散器，可减小由压力气体通过喷嘴排放所产生的声音能量。该扩散器包括细长的外壳，该外壳的端部具有开口，一端部与气体喷嘴的出口相连。外壳的尺寸，特别是与声源的距离、有效直径和长度，是这样选择的，即：要消除由排放气体所产生的可听到的噪音，方法是把一部分声波能量的纵向分量转化为增大的径向分量，然后，通过反复与细长外壳的内壁相作用而散失。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种减小听觉噪音的装置和方法，听觉噪音由声源产生，如气体通过气体分配系统的喷嘴后会产生噪音。在所涉及的环境中，无论是地下、水下、高空、甚至在太空，气体分配系统通常包括压力气罐，气体通过很小的出口喷嘴排放至周围环境中。喷嘴的直径可小于1/20英寸。气体流，如氮或氧，可由罐内的100磅/平方英寸(psi)或更高的压力驱动，排放至大气压左右的在0至大约14.7psi的外部压力下。这个压力差会产生超声气流，并产生冲击波，当气体离开喷嘴时，会产生哨声。在最容易被人耳听到的频率范围65至8000Hz内，这种声音可达80dB或更高。该噪音量对任何喷嘴附近的人来说都心烦意乱。另外，如果不在声源处减小噪音，噪音会传播至很远的距离，干扰所涉及的环境中的其他的人。因此，已经对在系统中的噪音源处或短距离内作出过努力，以减小与其他分配系统相关的噪音量。但是，这些努力一直没有完全成功。以前的系统一直采用的技术有消音器，该消音器在声波的路径上延伸，以试图减小噪音。一旦与消音器相接触，声波就损失一些能量，消音器通过振动散失能量。然而，与消音器的能量交换并不非常有效，难于使消音器定位，以在所有的方向上帮助吸收声音的能量；也难以改变消音器的尺寸，以在较宽的听觉频率范围内与声音的能量进行有效的相互作用。因此，在减小噪音方面，消音器的效果不好，特别是在听觉范围的高频端，大约在1250至8000Hz效果不好，然而，这在使人耳最不舒服的范围内。相应地，一直需要在噪音源处有效和立即地减小声音的能量，如噪音源通常在气体分配系统中可以发现。从声源，如气体分配喷嘴，传播的声波具有纵向、径向(横向)和切向分量。本专利技术可减小与声波相关联的噪音，方法是迫使由冲击波产生的很多声音能量转化为径向分量，然后，径向分量通过与外壳的内壁的多点接触以热能散发。当声波通过外壳传播时，外壳的有效直径至少为波长的1/4(λ/4)，即声波将被扭曲。本专利技术使声源，如气体喷嘴，下游产生的声波在外壳内传播，该外壳的有效直径小于λ/4，最好远远小于λ/4，从而使声波扭曲，迫使其重新构造。另外，该外壳离声源的开始距离不超过λ/4。重新构造的声波具有减小的纵向分量和增大的径向分量，以反复冲击外壳的内壁，然后才到达外壳的远处端，从而使外壳的内壁加热，以在离开外壳之前损失很多能量。相应地，本专利技术提供了把从声源发出的人可听到的声波能量减小至可接受的音量的装置。该装置包括一细长外壳，其位置可接受声波的能量，并且适合于把一部分声波能量的纵向分量转化为增大的声波能量的径向分量；和细长外壳的内壁，其适合于吸收一部分声波能量的径向分量。在本专利技术的一个特别推荐的应用中，可恰好在气体喷嘴的下游(在声波波长的1/4至最小之间)设置扩散器，以使由排放气体所产生的声音能量最小化。该扩散器的直径小于声波波长的1/4，直至最小。该扩散器可有弯角或弯曲，以改善声音的最小化，该扩散器的形状也可以是这样的，即多个气体喷嘴公用一个扩散器。本专利技术还提供了吸收一些来自声源的声波能量的方法。该方法包括把一部分声波能量的纵向分量转化为增大的声波能量的径向分量。该方法还包括使一表面定位，以与声波能量的径向分量相作用，从而散发至少一部分声波能量的径向分量。附图说明图1是根据本专利技术的气罐、喷嘴和减噪音的扩散器的横截面图。图2是气体从气罐的端部排出，途经喷嘴进入所附减噪音的扩散器的横截面图。图3是喷嘴和扩散器的放大横截面图。图4是根据本专利技术的另外一个实施例的弯曲或有弯角的扩散器的侧面图。图5是如图4所示的弯曲扩散器的前视图。图6是根据本专利技术的另外一个实施例的带两个钝弯角的扩散器的侧面图。图7是根据本专利技术的另外一个实施例的具有螺旋的扩散器的透视图。图8示出了根据本专利技术的扩散器，其用于从两个气源输入气体，通过一个外壳排放气体。图9是采用两个根据本专利技术的扩散器的气体分配系统的透视图。图10示出了来自气体扩散器的无盖喷嘴的音量的曲线，和来自带有消音器的同种喷嘴的音量的曲线。图11示出了根据本专利技术的一个试验的扩散器性能的曲线，此时，安装了与产生如图10所示的曲线时的同种喷嘴。本专利技术可用于减小噪音和与多种声波能源相关联的其它干扰。然而，本专利技术的特别推荐的应用是减小与通过喷嘴的气体分布相关的噪音。图1示出了典型的带罐10的气室，罐10可容纳如氮或氧的压力气体。压力气体可通过喷嘴12从罐10内排出。根据本专利技术的一个推荐的实施例，扩散器20安装在喷嘴上，安装位置恰好在其出口的下游(在声波波长的四分之一至最小之间)。在本实施例中，扩散器为细长的圆筒，其方向是从喷嘴的出口向外延伸，大致与离开喷嘴的气体的主流方向平行。扩散器的两端都是开口的，以允许气体通过该扩散器。如图2所示，在紧邻喷嘴出口的一端22，即扩散器的嘴部，其直径比喷嘴的最小的直径略大一点。扩散器的有效直径通常略宽于喷嘴的直径，这样，喷嘴还可控制气体的流速，并保持由冲击波造成的任何噪音。扩散器的嘴部的位置可保证由排放气体产生的声波可完整地到达扩散器。为保证声波如此导向，扩散器的嘴部的位置是这样的，即从产生声音的喷嘴开始不超过λ/4。把扩散器紧邻喷嘴是目前所推荐的。在一个推荐的实施例中，扩散器如图3所示安装在喷嘴上。扩散器焊接在周壁材料30上，该周壁材料30使扩散器固定。如图3所示，焊缝32位于外壳20的外侧。这样安装扩散器可保证焊缝不干扰排放气体的主体流速。尽管这里推荐了焊接，任何固定连接并不干扰气流的方法都是可接受的。在另外一个实施例中，扩散器可与喷嘴集成一体，形成一个相连的单元。当气体从高压罐排放至低压环境时，冲击波还会发生，因此，根据本专利技术，符合正确的宽度和长度要求的喷嘴-扩散器单元会降低声音的量级。扩散器的宽度要经过各种考虑。该扩散器必须足够宽，以完全截获喷嘴产生的声波，同时，不干扰气体的主体流速。然而，该扩散器的有效直径必须足够小，以有足够的声音损失。该有效直径应小于λ/4，以重新构造声波，该有效直径最好小于λ/4，以重新构造声波，从而产生可接受的噪音减小。声波具有纵向分量、径向分量和切向分量。纵向分量是声波的沿主流方向传播的部分。这里，纵向传播方向沿着圆筒的长度方向。径向传播方向垂直于主流的纵向传播方向。这里，横向传播方向从扩散器的中心径向地向外指向扩散器的侧壁。当声波在有效直径小于1/4波长的扩散器内传播时，某些纵向能量被窄小的直径“切割”下来，并转化为径向的声波能量。随着径向声波在扩散器内传播，它们与内侧壁相碰撞。并转化为热量，从而使声波的总能量(音量)降低在喷嘴的直径为0.032英寸的实施例中，直径为0.052英寸的扩散器可使声音减弱和不干扰流速之间的折衷达到可接受的程度。可以预见，在大多数应用中，扩散器的可接受的有效直径比相关喷嘴宽125％至175％。还可以预见，扩散器的有效直径比相关喷嘴宽150％左右最好。扩散器的有效直径可以根据需要安静的声波能量的范围和扩散器的应用进行改变。扩散器的长度也要经过多种考虑。该扩散器要足够长，以使有足够的声音减弱，但是，扩散器也不能太长，以干扰周围。在本实施例中，喷嘴的直径为0.032英寸，扩散器只需1英寸左右，以达到声音量的有效减弱，推荐的长度在2至6英寸之间，目前3英寸最好。扩散器的最大长度主要由外部的考虑，如空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减小与通过喷嘴分配的气体相关联的噪音的扩散器，该扩散器包括：一细长外壳，其具有：至少一个开口输入端，适合于恰好位于喷嘴的下游；和至少一个开口输出端，进入输入端的气体通过该输出端排出；该外壳的有效直径小于任何人可听到的声波波长的１／４，该声波是通过喷嘴由在分配的气体所产生的；和该开口输入端与喷嘴的距离小于任何人可听到的声波波长的１／４，该声波是通过喷嘴由在分配的气体所产生的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：爱里亚斯A爱华德，
申请(专利权)人：爱里亚斯A爱华德，
类型：发明
国别省市：US[美国]