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1、消声器是一种在允许气流通过的同时,又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。它主要用于机械设备的进、排气管道或通风管道的噪声控制。一个性能好的消声器,可使气流噪声降低2040dB(A)。但是,消声器只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声,不能降低空气动力设备的机壳、管壁等辐射的噪声。消声器类型很多,按其降噪原理主要有如下三种类型:阻性消声器、抗性消声器和复合式消声器。本章主要介绍阻性消声器、抗性消声器的消声原理及设计,简述其他消声器的消声原理、结构特点及适用的场合。,主要内容,1 消声器性能评价2 消声器的分类和消声机理3 阻性消声器4 抗性消声器5 其他消声器6 消声设计7 案例
2、分析,1 消声器性能评价,安装在管道中或进、排气口上的消声器,能让气流通过,对噪声具有一定的消减作用,其性能主要包括:声学性能、空气动力性能、结构性能具体来讲,对一个好的消声器要有五方面的基本要求:1)声学性能要求。具有高的消声值和宽的消声频率,即在所需要的消声频率范围有足够大的消声量;2)空气动力性能要求。消声器的气流阻力小,安装消声器后所增加的阻力损失,要控制在实际容许的范围内;3)机械结构性能要求。体积小,重量轻,结构简单,便于加工,安装和维修;4)外形和装饰的要求。符合实际安装空间的需要,美观大方,表面装饰与设备相协调5)价格费用要求。价格便宜,使用寿命长。,1.1 声学性能评价,消声
3、器声学性能评价量有插入损失(IL)、传声损失(TL)、减噪量(LNR)、衰减量(LA)。1.插入损失(IL)系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功率级之差。在声场分布情况近似保持不变时,也可用指定测点上声压级差代替。,插入损失适合现场测量。它反映了声源、消声器及其末端声学特性的综合效果,不单纯代表消声器的效果。,1.1 声学性能评价,2.传声损失(TL)消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。由于声功率不宜直接测量,一般通过声压求得。,传声损失仅反映消声器本身的特性,不受声源、管道及出口端的影响。,1.1 声学性能评价,3.减噪量(LNR)消声器进、出口端测得的平均声压级之差。,4.衰减
4、量(LA)消声器内部两点之间的声压级之差。通常用消声器单位长度上的衰减量来表征,dB/m。,1.2 空气动力性能,消声器的空气动力性能是指消声器对气流阻力的大小。通常用阻力系数或阻力损失来表示,包括摩擦阻力损失和局部阻力损失两部分。阻力系数:消声器安装前后的全压差与全压之比。阻力损失:出口端流体静压比进口端降低的数值。摩擦阻损:是由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产生的阻力损失。局部阻损:是指气流通过在消声器截面突变处产生的阻力损失。如扩展、收缩、转弯等。,1.3 结构性能,消声器结构性能是指它的外形尺寸、坚固程度、维护要求、使用寿命等,它也是评价消声器性能的一项指标。好的消声器除应有好的声学
5、性能和空气动力性能之外;还应该具有体积小、重量轻、结构简单、造型美观、加工方便、同时要坚固耐用、使用寿命长、维护简单和造价便宜等特点。评价消声器的上述三个方面的性能,既互相联系又互相制约。从消声器的消声性能考虑,当然在所需频率范围内的消声量越大越好;但是同时必须考虑空气动力性能的要求。例如,汽车上的排气消声器如果阻损过大,会使功率损失增加,甚至影响车辆行驶。在兼顾消声器声学性能和空气动力性能的同时,还必须考虑结构性能的要求,不但要耐用,还应避免体积过大、安装困难等情况。在实际运用中,对这三方面的性能要求,应根据具体情况做具体分析,并有所侧重。,2 消声器的分类和消声机理,消声器类型很多,按其降
6、噪原理主要有如下几种类型:2.1 阻性消声器2.2 抗性消声器2.3 复合式消声器2.4 微穿孔消声器2.5 喷注型消声器,2 消声器的分类和消声机理,2 消声器的分类和消声机理,2.1 阻性消声器,消声原理:利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来,就构成了阻性消声器,与电学类比,吸声材料就相当于电阻,故称阻性消声器。包括的形式:直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。消声的频率特性:具有中、高频消声性能。适用范围:消除风机、燃气轮机进气噪声(即气体流速不大的情况)。,2.2 抗性消声器,消声原理:通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同,
7、它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔,利用声阻抗的改变,使某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象,从而在消声器的外测,达到了消声的目的。包括的形式:扩张室式、共振腔式、干涉型。消声的频率特性:具有中、低频消声性能。适用范围:消除空压机、内燃机、汽车排气噪声(气体流速较高气速的情况),2.3 阻抗复合式消声器,消声原理:把阻性与抗性两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的叠加(并非简单的叠加关系)。包括的形式:阻扩型、阻共型、阻扩共型等。消声的频率特性:具有低、中、高频消声性能。适用范围:消除鼓风机、大型风洞、试车台
8、噪声。,2.4 微穿孔板消声器,消声原理:利用微穿孔板吸声结构制成的消声器。包括的形式:单层微穿孔板、双层微穿孔板等。消声的频率特性:具有低、中、高频的宽带消声性能。适用范围:适于高温、潮湿,有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。,2.5 小孔喷注消声器,消声原理:不是在声音发出后进行消除,而是从发生机理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比,如果喷口直径变小,喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频(频移),于是低频噪声被降低,而高频噪声反而升高,如果孔径小到一定值时,喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。包括的形式:小孔喷注型、降压扩容型、多孔扩散型、引射掺冷型等。消声的频率特性:具有低、中
9、、高频的宽带消声性能。适用范围:消除压力气体排放噪声,如锅炉排气、高炉放气、化工厂工艺气体放散。,3 阻性消声器,3.1 阻性消声器的声衰减量,理论计算公式:其中:F消声器气流通道断面周长,m;S消声器的气流通道截面积,m2;l消声器的有效长度,m;(0)与材料的吸声系数有关的消声系数。H.J.赛宾经验公式:降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。,3.1 阻性消声器的声衰减量,例:选用同一种吸声材料(平均吸声系数为0.46)衬贴的消声管道,管道有效长度为2m,管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1:5矩形时,试问哪种截面形状的声音衰减量最大?哪种最小?解:1)当管道为
10、圆形时,因为管道的有效直径为:截面周长为:声衰减为:,3.1 阻性消声器的声衰减量,2)当管道为正方形时,管道的截面周长为:声衰减为:3)当管道为1:5矩形,管道的截面长、宽分别为:管道的截面周长为:声衰减为:因此,有:L3L2 L1。即:管道截面面积一定时,截面为矩形管道的声衰减量最大,截面为圆形管道的声衰减量最小。,3.2 阻性消声器的高频失效频率,在单通道直管消声器中,高频声随着通道面积的增大消声效果显著下降。由于频率超过一定的数值,不符合平面波传播规律,窄束传播的声波不与吸声材料接触,消声效果下降。当声波波长小于通道截面尺寸一半时,消声效果下降,将这一频率称为高频失效频率。其经验公式:
11、式中:c声速ms-1;消声器通道截面当量边长m(圆形管道为直径;矩形管道为边长平均值,其他管道取面积的开方值)。若ffc,每增加一个倍频程,消声量下降1/3,其估算公式:n高于fc的倍频程带数。将大风量粗管道应设计成多通道。,3.3 气流速度对阻性消声器的影响,主要表现在两个方面:1)气流的存在引起了消声器内声传播和声衰减规律变化。A)顺流时(气流与声传播方向一致),由于气体流速在管 道内不均一,根据折射原理,声波向管壁弯曲,促进 消声降噪;B)逆流时(气流与声传播方向相反),声波向管道中心弯 曲,导致声波与吸声材料接触减少,不利于消声降噪。2)气流在消声器内产生一种附加噪声,即气流再生噪声。
12、气流经过消声器通道时,因局部阻力或摩擦阻力而产生 湍流,相应辐射一些噪声;气流激发消声器构件振动而 辐射噪声。,3.3 气流速度对阻性消声器的影响,气流速度越高,气流再生噪声越大。在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式为:气流再生噪声通常是低频噪声,随着平的增高声级逐渐下降。气流再生噪声的倍频程声压级公式为:一个消声器具体应用到现场时,气流究竟对它的性能影响有多大,需结合噪声源强度、气流速度大小以及消声器结构等因素进行具体分析;不同的结构,气流在管道中允许风速不同。,3.4 常用阻性消声器的类型,1.直管式 2.片式 3.蜂窝式4.折板式 5.声流式6.室式 7.迷宫式8.盘式 9.弯头式,
13、4 抗性消声器,抗性消声器具有不需要使用多孔吸声材料耐高温、抗潮流速较大,洁净对低频、窄带噪声有较好的效果。常用抗性消声器的类型 1.扩张室式消声器 2.共振式消声器 3.干涉式消声器,1.消声原理:声波在管道截面的突然扩张(或收缩),造成通道内声阻抗突变,使声波传播方向发生改变,在管道内发生反射、干涉等现象,从而达到消声的目的。2.消声量计算:(单节)其中m=S2/S1=S2/S3称为消声器扩张比,l2为扩张室长度。3.频率特性:当当,4.1 扩张室消声器(膨胀式消声器),4.改善消声特性的方法:单节扩张室的主要缺点在kl=n处传声损失为零,即存在很多通过频率。解决的方法有 多节扩张室串联:
14、每节的通过频率不同,提高消声量。插入内接管:扩张室两端个插入l/2和l/4的管分别消除n为奇数和偶数的通过频率。,4.1 扩张室消声器(膨胀式消声器),5.上下限截止频率:扩张室截面增大同样存在高频声波窄束传播失效,因此有上线频率:对于低于某一频率的声波也将失去消声作用,存在下限频率:,1.消声原理:利用共振吸声原理,在声波的作用下,管壁空气柱产生振动,振动时,气柱与腔口壁摩擦使一部分声能转化为热能而耗散;同时由于声阻抗的突变而使声波发生反射和干涉现象,导致声能衰减。当系统固有频率与声波频率发生共振时,消耗声能最多,消声量最大。2.消声量的计算:声阻抗的突变而使声波发生反射和干涉现象,导致声能
15、衰减。当系统固有频率与声波频率发生共振时,消耗声能最多,消声量最大。3.共振频率:某一频带内的消声量:倍频程 1/3倍频程,4.2 共振式消声器,4.改善消声性能的方法:选定较大的K 值;增加声阻;多节共振腔串联。5.上限截止频率:,4.2 共振式消声器,1.消声原理:借助于相干声波相互抵消作用,来达到消声目的。2.分类:无源(被动式)消声器和有源(主动式)消声器两类。3.特点:具有显著的频率选择性。,4.3 干涉式消声器,5 其他形式的消声器,5.1 阻抗复合式消声器,5.2 微穿孔板消声器,5.3 扩散消声器,6 消声器设计,6.1 消声器设计原则,1.根据噪声源所需的噪声量、空气动力性能
16、要求以及空气动力设备管道中的防潮、耐蚀、防火、耐高温等要求,选择消声器的类型。2.根据声源空气动力性能的要求,考虑消声器的空气动力性能,是消声器的阻力损失控制在机械设备正常的工作范围内;3.设计消声器时,考虑到气流再生噪声的影响,是气流再生噪声小于环境允许的噪声级;4.注意消声器和管道中的气流速度;5.还应考虑到隔声及坚固耐用、体积大小与空气机械设备匹配问题。,6.2 消声器设计程序,噪声源现场调查及特性分析,验算其消声效果(上下截止频率的检验、消声器的压力损失、实际消声效果),了解环境特点,选定噪声控制标准,计算所需消声量,设计合适的消声器,确定受声点允许的噪声级和各频带声压级,噪声源使用条
17、件,设备的空气动力特性,总结01,阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上,或使之按一定的方式排列在管道中,就构成了阻性消声器。当声波进入消声器后,由于摩擦力和粘滞阻力的作用,部分声能转化为热能散失,起到了消声作用。阻性消声器结构简单,能较好地消除中、高频噪声,但不适合在高温、高湿环境中使用,对低频噪声消声效果也较差。在实际应用中被广泛用于消除风机、燃气轮机等的进气噪声。常见阻性消声器的结构形式有直管式、折板式、片式、蜂窝式、迷宫式、声流式、盘式及室式等。,总结02,抗性消声器不使用吸声材料,它是利用管道截面的突变或旁接共振腔,使声波发生反射或干涉,从而使
18、部分声波不再沿管道继续传播、达到消声的目的。抗性消声器耐高温、耐气流冲击,适用于消除中低频噪声,实际应用中常用于消除空压机、内燃机和汽车排气噪声。常用的抗性消声器主要有扩张室(也叫膨胀室)消声器和共振腔消声器。扩张室消声器的基本结构是扩张室和接管的组合。阻性消声器在中高频范围内有较好的效果,而抗性消声器可以有效地降低中低频噪声。两者结合起来组成阻抗复合消声器,便可在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。,7 案例分析离心风机所要消声的主要频率:f=n*z/60其中f为频率,HZ;n为转速,r/min;z为叶片数。一般离心鼓风机,叶片数在14-24之间,n为2980r/min,f一般在695-1192HZ,属于中高频,选用阻性消声器。,谢谢大家!,