消聲器設(shè)計【精制材料】

1、消聲器是一種在允許氣流通過的同時，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。 它主要用于機(jī)械設(shè)備的進(jìn)、排氣管道或通風(fēng)管道的噪聲控制。一個性能好的消聲器，可使氣流噪聲降低2040dB（A）。但是，消聲器只能降低空氣動力設(shè)備的進(jìn)排氣口噪聲或沿管道傳播的噪聲，不能降低空氣動力設(shè)備的機(jī)殼、管壁等輻射的噪聲。 消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下三種類型：阻性消聲器、抗性消聲器和復(fù)合式消聲器。 本章主要介紹阻性消聲器、抗性消聲器的消聲原理及設(shè)計，簡述其他消聲器的消聲原理、結(jié)構(gòu)特點及適用的場合。,本章內(nèi)容,8.1 消聲器性能評價 8.2 消聲器的分類和消聲機(jī)理 8.3 阻性消聲器 8.4 抗性消聲器 8.

2、5 其他消聲器 8.6 消聲設(shè)計,8.1 消聲器性能評價,安裝在管道中或進(jìn)、排氣口上的消聲器，能讓氣流通過，對噪聲具有一定的消減作用，其性能主要包括： 聲學(xué)性能、空氣動力性能、結(jié)構(gòu)性能 具體來講，對一個好的消聲器要有五方面的基本要求： 1）聲學(xué)性能要求。具有高的消聲值和寬的消聲頻率，即在所需要的消聲頻率范圍有足夠大的消聲量； 2）空氣動力性能要求。消聲器的氣流阻力小，安裝消聲器后所增加的阻力損失，要控制在實際容許的范圍內(nèi)； 3）機(jī)械結(jié)構(gòu)性能要求。體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，便于加工，安裝和維修； 4）外形和裝飾的要求。符合實際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設(shè)備相協(xié)調(diào) 5）價格費用要求。價格

3、便宜，使用壽命長。,8.1.1 聲學(xué)性能評價,消聲器聲學(xué)性能評價量有插入損失(IL)、傳聲損失(TL)、減噪量(LNR)、衰減量(LA)。 1.插入損失(IL) 系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某點測得的聲功率級之差。在聲場分布情況近似保持不變時，也可用指定測點上聲壓級差代替。,插入損失適合現(xiàn)場測量。它反映了聲源、消聲器及其末端聲學(xué)特性的綜合效果，不單純代表消聲器的效果。,8.1.1 聲學(xué)性能評價,2.傳聲損失(IL) 消聲器進(jìn)口端聲功率級與出口端聲功率級之差。由于聲功率不宜直接測量，一般通過聲壓求得。,傳聲損失僅反映消聲器本身的特性，不受聲源、管道及出口端的影響。,8.1.1 聲學(xué)性能評價,3.

4、減噪量(LNR) 消聲器進(jìn)、出口端測得的平均聲壓級之差。,4.衰減量(LA) 消聲器內(nèi)部兩點之間的聲壓級之差。通常用消聲器單位長度上的衰減量來表征，dB/m。,8.1.2 空氣動力性能,消聲器的空氣動力性能是指消聲器對氣流阻力的大小。通常用阻力系數(shù)或阻力損失來表示，包括摩擦阻力損失和局部阻力損失兩部分。 阻力系數(shù)：消聲器安裝前后的全壓差與全壓之比。 阻力損失：出口端流體靜壓比進(jìn)口端降低的數(shù)值。 摩擦阻損:是由于氣流與消聲器各壁面之間的摩擦而產(chǎn)生的阻力損失。 局部阻損:是指氣流通過在消聲器截面突變處產(chǎn)生的阻力損失。如擴(kuò)展、收縮、轉(zhuǎn)彎等。,8.1.3 結(jié)構(gòu)性能,消聲器結(jié)構(gòu)性能是指它的外形尺寸、堅固

5、程度、維護(hù)要求、使用壽命等，它也是評價消聲器性能的一項指標(biāo)。 好的消聲器除應(yīng)有好的聲學(xué)性能和空氣動力性能之外；還應(yīng)該具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀、加工方便、同時要堅固耐用、使用壽命長、維護(hù)簡單和造價便宜等特點。 評價消聲器的上述三個方面的性能，既互相聯(lián)系又互相制約。從消聲器的消聲性能考慮，當(dāng)然在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好；但是同時必須考慮空氣動力性能的要求。例如，汽車上的排氣消聲器如果阻損過大，會使功率損失增加，甚至影響車輛行駛。在兼顧消聲器聲學(xué)性能和空氣動力性能的同時，還必須考慮結(jié)構(gòu)性能的要求，不但要耐用，還應(yīng)避免體積過大、安裝困難等情況。在實際運用中，對這三方面的性能要求，應(yīng)

6、根據(jù)具體情況做具體分析，并有所側(cè)重。,8.2 消聲器的分類和消聲機(jī)理,消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下幾種類型： 8.2.1 阻性消聲器 8.2.2 抗性消聲器 8.2.3 復(fù)合式消聲器 8.2.4 微穿孔消聲器 8.2.5 噴注型消聲器,8.2 消聲器的分類和消聲機(jī)理,8.2 消聲器的分類和消聲機(jī)理,8.2.1 阻性消聲器,消聲原理：利用吸聲材料消聲。 把吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中排列起來，就構(gòu)成了阻性消聲器，與電學(xué)類比，吸聲材料就相當(dāng)于電阻，故稱阻性消聲器。 包括的形式：直管式、片式、折板式、聲流式、蜂窩式、彎頭式等。 消聲的頻率特性：具有中、高頻消聲性能。 適

7、用范圍：消除風(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣噪聲（即氣體流速不大的情況）。,8.2.2 抗性消聲器,消聲原理：通過控制聲抗的大小來進(jìn)行消聲的。與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料而是在管道上接截面積突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗的改變，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而在消聲器的外測，達(dá)到了消聲的目的。 包括的形式：擴(kuò)張室式、共振腔式 、干涉型。 消聲的頻率特性：具有中、低頻消聲性能。 適用范圍：消除空壓機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽車排氣噪聲（氣體流速較高氣速的情況）,8.2.3 阻抗復(fù)合式消聲器,消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)合起來而構(gòu)成的?？啥ㄐ缘卣J(rèn)為阻性和抗性在同一頻帶

8、的消聲值的疊加（并非簡單的疊加關(guān)系）。 包括的形式：阻擴(kuò)型、阻共型、阻擴(kuò)共型等。 消聲的頻率特性：具有低、中、高頻消聲性能。 適用范圍：消除鼓風(fēng)機(jī)、大型風(fēng)洞、試車臺噪聲。,8.2.4 微穿孔板消聲器,消聲原理：利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。 包括的形式：單層微穿孔板、雙層微穿孔板等。 消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。 適用范圍：適于高溫、潮濕，有水、有油霧及特別清潔衛(wèi)生的場合。,8.2.5 小孔噴注消聲器,消聲原理：不是在聲音發(fā)出后進(jìn)行消除，而是從發(fā)生機(jī)理上使干擾噪聲減小。噴注噪聲值頻率與噴口直徑成反比，如果噴口直徑變小，噴口輻射的噪聲能量將從低頻移向高頻(頻移)，于是低頻

9、噪聲被降低，而高頻噪聲反而升高，如果孔徑小到一定值時，噴注噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍。 包括的形式：小孔噴注型 、降壓擴(kuò)容型、多孔擴(kuò)散型 、引射摻冷型等。 消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。 適用范圍：消除壓力氣體排放噪聲，如鍋爐排氣、高爐放氣、化工廠工藝氣體放散。,8.3 阻性消聲器,8.3.1 阻性消聲器的聲衰減量,理論計算公式： 其中：F消聲器氣流通道斷面周長，m； S消聲器的氣流通道截面積，m2； l消聲器的有效長度，m； (0)與材料的吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)。 H.J. 賽賓 經(jīng)驗公式： 降噪量與材料吸聲性能 和周長/截面比有關(guān)。,8.3.1 阻性消聲器的聲衰減量,

10、例1 見p178179。 例2 選用同一種吸聲材料(平均吸聲系數(shù)為0.46)襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m，管道有效截面積1500cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最?。?解：1)當(dāng)管道為圓形時，因為管道的有效直徑為： 截面周長為: 聲衰減為：,8.3.1 阻性消聲器的聲衰減量,2)當(dāng)管道為正方形時，管道的截面周長為： 聲衰減為： 3)當(dāng)管道為1:5矩形，管道的截面長、寬分別為： 管道的截面周長為： 聲衰減為： 因此，有：L3L2 L1。 即：管道截面面積一定時，截面為矩形管道的聲衰減量最大，截面為圓形管道的聲衰減量最小。,8.3.2

11、 阻性消聲器的高頻失效頻率,在單通道直管消聲器中，高頻聲隨著通道面積的增大消聲效果顯著下降。由于頻率超過一定的數(shù)值，不符合平面波傳播規(guī)律，窄束傳播的聲波不與吸聲材料接觸，消聲效果下降。 當(dāng)聲波波長小于通道截面尺寸一半時，消聲效果下降，將這一頻率稱為高頻失效頻率。其經(jīng)驗公式： 式中：c聲速ms-1； 消聲器通道截面當(dāng)量邊長m(圓形管道為直徑；矩形管道為邊長平均值，其他管道取面積的開方值)。 若ffc,每增加一個倍頻程，消聲量下降1/3，其估算公式： n高于fc的倍頻程帶數(shù)。將大風(fēng)量粗管道應(yīng)設(shè)計成多通道。,8.3.3 氣流速度對阻性消聲器的影響,主要表現(xiàn)在兩個方面： 1)氣流的存在引起了消聲器內(nèi)聲

12、傳播和聲衰減規(guī)律變化。 A)順流時(氣流與聲傳播方向一致)，由于氣體流速在管 道內(nèi)不均一，根據(jù)折射原理，聲波向管壁彎曲，促進(jìn) 消聲降噪； B)逆流時(氣流與聲傳播方向相反) ，聲波向管道中心彎 曲，導(dǎo)致聲波與吸聲材料接觸減少，不利于消聲降噪。 2)氣流在消聲器內(nèi)產(chǎn)生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲。 氣流經(jīng)過消聲器通道時，因局部阻力或摩擦阻力而產(chǎn)生 湍流，相應(yīng)輻射一些噪聲；氣流激發(fā)消聲器構(gòu)件振動而 輻射噪聲。,8.3.3 氣流速度對阻性消聲器的影響,氣流速度越高，氣流再生噪聲越大。 在直通管道消聲器內(nèi)氣流再生噪聲的估算公式為： 氣流再生噪聲通常是低頻噪聲，隨著平的增高聲級逐漸下降。氣流再生噪聲的倍

13、頻程聲壓級公式為： 一個消聲器具體應(yīng)用到現(xiàn)場時，氣流究竟對它的性能影響有多大，需結(jié)合噪聲源強(qiáng)度、氣流速度大小以及消聲器結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行具體分析； 不同的結(jié)構(gòu)，氣流在管道中允許風(fēng)速不同。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,1.直管式 2.片式 3.蜂窩式 4.折板式 5.聲流式 6.室式 7.迷宮式 8.盤式 9.彎頭式,8.4 抗性消聲器,抗性消聲器具有 不需要使用多孔吸聲材料 耐高溫、抗潮 流速較大，潔凈 對低頻、窄帶噪聲有較好的效果。 常用抗性消聲器的類型 1.擴(kuò)張室式消聲器 2.共振式消聲器 3.干涉式消聲器,1. 消聲原理： 聲波在管道截面的突然擴(kuò)張(或收縮)，造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使聲

14、波傳播方向發(fā)生改變，在管道內(nèi)發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲的目的。 2. 消聲量計算： (單節(jié)) 其中m=S2/S1=S2/S3稱為消聲器擴(kuò)張比，l2為擴(kuò)張室長度。 3. 頻率特性： 當(dāng) 當(dāng),8.4.1 擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）,4. 改善消聲特性的方法： 單節(jié)擴(kuò)張室的主要缺點在kl=n處傳聲損失為零，即存在很多通過頻率。解決的方法有 多節(jié)擴(kuò)張室串聯(lián)：每節(jié)的通過頻率不同，提高消聲量。 插入內(nèi)接管：擴(kuò)張室兩端個插入l/2和l/4的管分別消除n為奇數(shù)和偶數(shù)的通過頻率。,8.4.1 擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）,5. 上下限截止頻率： 擴(kuò)張室截面增大同樣存在高頻聲波窄束傳播失效，因此有上線頻

15、率： 對于低于某一頻率的聲波也將失去消聲作用，存在下限頻率：,1. 消聲原理： 利用共振吸聲原理，在聲波的作用下，管壁空氣柱產(chǎn)生振動，振動時，氣柱與腔口壁摩擦使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散；同時由于聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致聲能衰減。當(dāng)系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。 2. 消聲量的計算： 聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致聲能衰減。當(dāng)系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。 3. 共振頻率： 某一頻帶內(nèi)的消聲量：倍頻程 1/3倍頻程,8.4.2 共振式消聲器,4. 改善消聲性能的方法： 選定較大的K 值； 增加聲阻；

16、多節(jié)共振腔串聯(lián)。 5.上限截止頻率：,8.4.2 共振式消聲器,1. 消聲原理： 借助于相干聲波相互抵消作用，來達(dá)到消聲目的。 2. 分類： 無源(被動式)消聲器和有源(主動式)消聲器兩類。 3. 特點： 具有顯著的頻率選擇性。,8.4.3 干涉式消聲器,8.5 其他形式的消聲器,8.5.1 阻抗復(fù)合式消聲器,8.5.2 微穿孔板消聲器,8.5.3 擴(kuò)散消聲器,8.5.3 擴(kuò)散消聲器,8.5.3 擴(kuò)散消聲器,8.5.3 擴(kuò)散消聲器,8.6 消聲器設(shè)計,8.6.1 消聲器設(shè)計原則,1.根據(jù)噪聲源所需的噪聲量、空氣動力性能要求以及空氣動力設(shè)備管道中的防潮、耐蝕、防火、耐高溫等要求，選擇消聲器的類型

17、。 2.根據(jù)聲源空氣動力性能的要求，考慮消聲器的空氣動力性能，是消聲器的阻力損失控制在機(jī)械設(shè)備正常的工作范圍內(nèi)； 3.設(shè)計消聲器時，考慮到氣流再生噪聲的影響，是氣流再生噪聲小于環(huán)境允許的噪聲級； 4.注意消聲器和管道中的氣流速度； 5.還應(yīng)考慮到隔聲及堅固耐用、體積大小與空氣機(jī)械設(shè)備匹配問題。,8.6.2 消聲器設(shè)計程序,噪聲源現(xiàn)場調(diào)查 及特性分析,驗算其消聲效果（上下截止頻率的檢驗、 消聲器的壓力損失、實際消聲效果）,了解環(huán)境特點， 選定噪聲控制標(biāo)準(zhǔn),計算所需消聲量,設(shè)計合適的消聲器,確定受聲點允許的噪聲 級和各頻帶聲壓級,噪聲源 使用條件,設(shè)備的空氣 動力特性,8.3.4 常用阻性消聲器的

18、類型,1.直管式 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。 缺點：對低頻消聲效果差。 適用范圍：適合于截面小、低速的管道。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,2.片式 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，中、高頻消聲效果好，阻力系數(shù)較小。 缺點：低頻消聲效果不顯著。 適用范圍：適合雨大流量、大截面的情況。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,3.蜂窩式 優(yōu)點：中、高頻消聲效果好，可根據(jù)不同的適應(yīng)范圍，設(shè)計單元結(jié)構(gòu)。 缺點：阻力損失較大，阻力系數(shù)一般在1-1.5之間。 適用范圍：用于大截面的管道。風(fēng)量較大、流速較低的情況。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,4.折板式 優(yōu)點：增加了聲波的傳播路程，增大了材料與聲波的接觸，中高頻消

19、聲效果較好。 缺點：大大增加了阻力損失。 適用范圍：適用于壓力和噪聲較高的設(shè)備。用于對聲學(xué)性能要求較高的場合。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,5. 聲流式 優(yōu)點：可達(dá)到高消聲、低阻損的要求，阻力系數(shù)介于片式和折板式消聲器之間。 缺點：加工復(fù)雜，造價較高。 適用范圍：適用于大斷面流通管道，對于阻力損失要求較嚴(yán)格的場合。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,6.室式 優(yōu)點：消聲頻帶較寬，消聲量較大。 缺點：阻力損失較大，占用空間也大。 適用范圍：一般適用于有空間、低速低速進(jìn)排風(fēng)的場合。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,7.迷宮式 優(yōu)點：可用于流量大、流速低，要求消聲量高的情況。 缺點：氣流速度不能過大，否則產(chǎn)生的阻力損失較大。 適用范圍：對于阻力損失要求不嚴(yán)的場合。,8.3.4 常用阻性消聲器的類型,8.盤式 優(yōu)點：阻損小，體積小，重量輕、安裝簡便，軸向尺寸小。 缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，變截面計算復(fù)雜。 適用范圍：用于鍋爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口消聲、各類風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口或