小型分子篩制氧機(jī)的降噪風(fēng)道殼體設(shè)計(jì)

張麗琴 蔡林泉

摘要：本文主要介紹了一種制氧機(jī)降噪方式，利用其殼體內(nèi)的多對(duì)隔板形成的氣流風(fēng)路通道，隔離和降低噪音效果明顯。采用本設(shè)計(jì)方案的制氧機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，成本低，便于大批量生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：制氧機(jī);降噪風(fēng)道殼體;噪音

本設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)了一種降噪風(fēng)道殼體及使用其的氮氧分離裝置的小型分子篩制氧機(jī)（以下簡(jiǎn)稱制氧機(jī)）。本文所述降噪風(fēng)道殼體包括第一分殼體和第二分殼體，二者拼裝形成一個(gè)完整的殼體，殼體內(nèi)部形成放置制氧組件的容置腔，兩個(gè)分開(kāi)的殼體內(nèi)壁對(duì)應(yīng)匹配設(shè)有多對(duì)隔板，隔板將所述容置腔分隔成多個(gè)相連通的腔室，多個(gè)相連通的腔室和所述制氧組件之間組合形成氣流風(fēng)路通道。

1.背景技術(shù)

隨著人民生活水平的提高和社會(huì)的進(jìn)步，特別是經(jīng)歷過(guò)新冠肺炎疫情，人們對(duì)自身的健康關(guān)注度提高，其中氧療和氧保健作為增強(qiáng)體質(zhì)、預(yù)防疾病的一種新技術(shù)正逐漸被接受和推廣。人們對(duì)制氧機(jī)有了更多的認(rèn)知，使用需求也在增加，已廣泛用于醫(yī)院和家庭等不同場(chǎng)合。制氧機(jī)是一種提供缺氧患者給氧用的高純度氧氣的設(shè)備。制氧機(jī)供患有呼吸系統(tǒng)疾病、心腦血管系統(tǒng)疾病、高原反應(yīng)及高原性疾病的人群，適用于中老年體弱者、用腦過(guò)度的學(xué)生和孕婦等人群，以及缺氧環(huán)境下工作生活的人群，因?yàn)樵黾游蹩梢源龠M(jìn)血液循環(huán)，使頭腦清新，并可消除疲勞，有效增進(jìn)工作效率，因此在日常生活或工作場(chǎng)所中，備有制氧機(jī)以方便隨時(shí)使用，亦為良好的生活方式。

制氧機(jī)采用物理的變壓吸附（Pressure Swing Adsorption）PSA法氣體分離技術(shù)，在常溫環(huán)境條件下，以壓縮機(jī)為動(dòng)力源，使用空氣為原料、分子篩為吸附劑，加壓吸附氮?dú)馔ㄟ^(guò)氧氣、常壓解吸脫附氮?dú)獾难h(huán)轉(zhuǎn)換工作過(guò)程，將空氣中的氧氣、氮?dú)膺M(jìn)行分離，從而制取高純度氧氣。制氧機(jī)主要由壓縮機(jī)、換向閥、吸附塔、風(fēng)機(jī)、消音器、電路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、殼體等組成。

目前，市場(chǎng)上的制氧機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、生產(chǎn)裝配復(fù)雜、效率低、成本高，噪音也比較高。醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YY0732-2009醫(yī)用氧氣濃縮器 安全要求》中“4.6振動(dòng)與噪聲，在正常使用條件下，氧氣濃縮器的最大A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（穩(wěn)定值或峰值）不應(yīng)超過(guò)60dB”。市面上的制氧機(jī)的噪音大多≥50dB，夜晚置于室內(nèi)時(shí)，其運(yùn)行時(shí)的噪音會(huì)使人煩躁，影響用戶正常的休息、睡眠等，同時(shí)也影響使用者的氧療效果。因此，降低制氧機(jī)噪音成為提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需要。

制氧機(jī)的噪聲源主要包括進(jìn)氣噪音、排氣噪音、換向閥切換時(shí)的噪音和壓縮機(jī)噪音等空氣動(dòng)力性噪聲。目前市場(chǎng)上制氧機(jī)主要利用多孔吸聲材料來(lái)降低噪音，把吸聲材料固定在氣流通道的內(nèi)壁上或按照一定的方式在管道中排列，構(gòu)成一種阻尼消音器，阻尼消音器對(duì)中高頻消音效果好，對(duì)低頻消音效果較差。

因此，如何改良制氧機(jī)的構(gòu)造組成，使制氧機(jī)噪音更低非常必要。

2.設(shè)計(jì)方案

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)與不足，本設(shè)計(jì)方案的目的在于提供一種降噪風(fēng)道殼體，該殼體內(nèi)采用一種新的氣流風(fēng)路通道，能夠有效地隔離和降低制氧機(jī)的噪音，提高機(jī)器在使用中給客戶帶來(lái)的舒適度，取得良好的消音降噪效果。

2.1設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)思路解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：制氧機(jī)采用一種復(fù)合式的降噪風(fēng)道殼體，該風(fēng)道殼體包括第一分殼體和第二分殼體，二者拼裝形成一個(gè)完整的殼體，形成制氧機(jī)的整個(gè)機(jī)體，如圖1、圖2所示。每個(gè)分殼體內(nèi)部形成放置制氧組件的容置腔，兩個(gè)分殼體內(nèi)壁分別對(duì)應(yīng)匹配設(shè)計(jì)有多對(duì)隔板。多對(duì)隔板將制氧組件的容置腔分隔成多個(gè)相連通的腔室。制氧組件分別按對(duì)應(yīng)放置在殼體的位置內(nèi)，多個(gè)相連通的腔室和制氧組件之間組合形成氣流風(fēng)路通道，即氣道A（進(jìn)氣）→B→C→D→E→F→G→H→J（出氣），如圖3所示。

2.2設(shè)計(jì)方法

將隔板設(shè)計(jì)分成三對(duì)，即設(shè)有三個(gè)隔板對(duì)：第一隔板對(duì)、第二隔板對(duì)和第三隔板對(duì)。其中第三隔板對(duì)豎直設(shè)置在組件的容置腔內(nèi)形成氣流擋板，其一側(cè)為如圖所示氣體從進(jìn)氣口A進(jìn)入的氣流通道的上升腔室，上升腔室內(nèi)僅有底端和頂端可以流通氣流，即氣體從A依次流向B、C、D;其另一側(cè)設(shè)置由第一隔板對(duì)、第二隔板對(duì)和以及所述殼體的底壁和側(cè)壁四者依次連接形成的半封閉腔室。第一隔板對(duì)上設(shè)有缺口，便于氣流上下通過(guò)，第二隔板對(duì)設(shè)為全封閉式板狀結(jié)構(gòu)，其與所述殼體的底壁連接，所述半封閉腔室下通所述出氣口。

將隔板對(duì)設(shè)計(jì)再增加第四隔板對(duì)。所述第一隔板對(duì)、第二隔板對(duì)、第四隔板對(duì)以及所述制氧機(jī)的殼體側(cè)壁四者依次連接形成的半封閉腔室，第一隔板對(duì)和第四隔板對(duì)上均設(shè)有開(kāi)口，便于氣流上下通過(guò)，即氣體從D依次流向E→F→G→H;第四隔板對(duì)的開(kāi)口與所述出氣口相通，即氣體從H流向J出氣口，從而形成整個(gè)氣流通道。

所述第三隔板對(duì)與所述半封閉腔室之間設(shè)有吸附塔;所述半封閉腔室內(nèi)設(shè)有壓縮機(jī)，壓縮機(jī)上方設(shè)有風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)使氣流能夠上下流動(dòng)。將兩個(gè)分殼體對(duì)應(yīng)拼裝成整個(gè)殼體，組成殼體的全封閉腔室，從而形成制氧整機(jī)的氣流風(fēng)路通道。

2.3設(shè)計(jì)效果

本設(shè)計(jì)方法的降噪風(fēng)道殼體方案，能夠達(dá)到有效的對(duì)制氧機(jī)內(nèi)部散熱，同時(shí)延長(zhǎng)了氣體進(jìn)入殼體內(nèi)部氣流風(fēng)路通道的長(zhǎng)度，可以有效地隔離、降低和吸收制氧機(jī)殼體內(nèi)部氣流、壓縮機(jī)、換向閥和進(jìn)氣、排氣消音器等噪聲源形成的噪音。

3.測(cè)試數(shù)據(jù)

按照上述方案設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了制氧機(jī)的樣機(jī)制作，隨后安排了對(duì)樣機(jī)的測(cè)試。

3.1被測(cè)聲源

聲源對(duì)象為3升制氧機(jī)。目前小型分子篩3升制氧機(jī)是國(guó)內(nèi)家用客戶群體選用主流的醫(yī)用制氧機(jī)。所以，選擇按上述方案設(shè)計(jì)制作了3升制氧樣機(jī)，即該樣機(jī)的最大氧流量是每分鐘出氧量3升。

3.2測(cè)試儀器

儀器選用符合標(biāo)準(zhǔn)《GB/T3785.1-2010 電聲學(xué) 聲級(jí)計(jì) 第1部分：規(guī)范》規(guī)定的I型儀表各項(xiàng)要求，具有A頻率計(jì)權(quán)，且能用于測(cè)量人耳聽(tīng)覺(jué)范圍聲音的聲級(jí)計(jì)傳聲器。聲級(jí)計(jì)型號(hào)是AWA6228型多功能聲級(jí)計(jì)，生產(chǎn)廠商為杭州愛(ài)華儀器有限公司。

3.3測(cè)試環(huán)境

測(cè)試的靜音房，使用在符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T3767-2016 聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)和聲能量級(jí) 反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法》的半消音室的實(shí)驗(yàn)室，A計(jì)權(quán)背景噪音的量值低于測(cè)量值至少10dB。

3.4測(cè)試方法

采用半球測(cè)量面法測(cè)試制氧機(jī)的噪聲。測(cè)試時(shí)，將聲級(jí)計(jì)置于穿過(guò)制氧機(jī)幾何中心為圓心，半徑為1米的水平圓面上（如圖4所示）。制氧機(jī)設(shè)定為最大氧流量3升/分鐘的正常工作狀態(tài)，分別在不同的路徑位置點(diǎn)依次進(jìn)行測(cè)試。聲級(jí)計(jì)工作狀態(tài)設(shè)定為頻率A計(jì)權(quán)特性，時(shí)間F計(jì)權(quán)特性。

3.5測(cè)試結(jié)果

測(cè)試數(shù)據(jù)按照GB/T3767中在反射面上方的自由場(chǎng)中取得。測(cè)試結(jié)果，經(jīng)過(guò)上述方案設(shè)計(jì)制作的3升制氧樣機(jī)的噪音達(dá)到42dB（A）左右，比市場(chǎng)上同類型、同等級(jí)的制氧機(jī)下降幅度達(dá)到8dB（A）左右，降噪效果比較明顯。

4.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)研究，本設(shè)計(jì)方案具有的有益效果如下：

（1）本設(shè)計(jì)試驗(yàn)利用殼體內(nèi)部的隔板形成的特殊氣流風(fēng)路通道，有效地隔離和降低殼體內(nèi)部噪音。采取本設(shè)計(jì)試驗(yàn)的技術(shù)方案的制氧機(jī)噪音在42dB左右，比市面上的制氧機(jī)降噪效果明顯，改善了使用者的舒適度。

（2）采用本設(shè)計(jì)的降噪風(fēng)道殼體，其不需要額外設(shè)置降噪結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔、精致，成本低，便于大批量生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]YY0732-2009，醫(yī)用氧氣濃縮器 安全要求[S].北京：國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局，2009.

[2]GB/T3785.1-2010，電聲學(xué) 聲級(jí)計(jì) 第1部分：規(guī)范[S].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2010.

[3]GB/T3767-2016，聲學(xué) 聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)和聲能量級(jí) 反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法[S].北京：中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2016.

[4]張麗琴、毛堅(jiān)強(qiáng)、蔡林泉.一種降噪風(fēng)道殼體及使用其的氮氧分離裝置：中國(guó)：201811621865.4[P].2019-03-15.