第十章_消声器

第十章消声器,汽轮机排汽消声器,风机消声器,锅炉排汽消声器,第六章消声技术,10.1消声器的类型及性能评价10.2阻性消声器10.3抗性消声器10.4微穿孔板消声器10.5新型面板消声器10.6扩散消声器10.7消声器性能测量方法,10.1消声器的类型及性能评价,10.1.1消声器的基本要求,1）声学性能。要求具有较高的消声值和较宽的消声频率，也就是说要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。消声器对气流的阻力要小，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。消声的体积要小，重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修;4）外观要求。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）价格要求。价格便宜，使用寿命长。,10.1.2消声器声学性能评价指标,（1）插入损失（Di）,系统中安装消声器前后在管道出口端测得的声功率级之差。,消声器的消声量是评价其声学性能好坏的重要指标，但测量方法不同，所得消声量也不同。静态消声量：当消声器内仅有声音（没有气流）通过时，所测量消声量。动态消声量：当消声器内有声音和气流同时通过消声器时，测得的消声量。,（2）传递损失（Dt）,消声器进口端入射声功率级与出口端的声功率级之差。,LPi、LPt:消声器进口端、出口端的声压级Ki、Kt:入射、透射声背景修正量Si、St:消声器进口端、出口端的截面积,（3）传递声压级差（Dtp）,在消声器的进口与出口端口测得的平均声压级之差。,（4）插入声压级差（Dip）,安装消声器前后在同一点测得的声压差或同一小块面积得到的平均声压级差。,10.1.3消声器的分类,常见消声器分类表,10.2阻性消声器,10.2.1阻性消声器原理,利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减。当声波进入消声器中，会引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而散失掉，就起到消声的作用。,1.声波在阻性管道中的衰减,其中：L消声器气流通道断面周长，mS消声器的气流通道截面积，m2l消声器的有效长度，m(a0)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。,理论计算公式：,例1、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：,由公式：得：,管道的有效直径为：,则管道断面有效周长为：,1）当管道为圆形时,2）当管道截面为正方形时,则管道断面周长为：,所以，,3）当管道截面为1：5矩形时,则管道断面长和宽分别为：,则管道断面周长为：,所以，,因此，有：LA3LA2LA1,即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆形管道声音衰减量最小。,把消声量开始下降的频率称为高频失效频率，其经验计算式为：,式中：c声波速度，m/s；D消声器通道的当量直径，m。,2高频失效问题,高频失效问题,当频率高于失效频率f失以后，每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3，这个高于失效频率的某一频率的消声量可用下式估算：,式中：R高于失效频率的某一倍频带的消声量，dB；n高于失效频率的倍频带数；R失效频率处的消声量，dB。,气流对消声器声学性能的影响，主要表现为：一是气流会引起声传播和衰减规律的变化；二是气流在消声器内产生“气流再生噪声”；三是气流通过消声器时总压会有一定程度的降低，称为气流的阻力损失。,3气流影响,（1）气流对声传播规律的影响,气流对声折射的影响,有气流时的消声系数公式：,折射的影响：,声波在阻性管道内传播，伴随气流，而气流方向与声波方向一致，则使声波衰减系数变小，反之，声波衰减系数变大。影响衰减系数的最主要因素使马赫数，即气流流速与声速的比值。顺流和逆流相比，逆流对消声有利。但是实际中气流流速都不会太高，即使气流流速为3040米/秒时，0.1，对整个消声器的消声性能影响并不大，因此，一般可忽略不计。另外，从气流速度引起声波传播折射的现象来看，消声器在排气管道和进气管道也表现不同。气流与声波方向一致时，能有效的吸声，相反时，对消声作用不利。但实际当中气流不是很大，所以，无论从哪一个角度来看，气流对声传播规律的影响都不是很明显的。,分析气流再生噪声主要有两点：一是气流经过消声器时，因结构复杂造成局部阻力和摩擦阻力而产生一系列湍流，相应地辐射一些噪声；二是气流激励消声器构件振动而辐射噪声。,（2）气流再生噪声的影响,气流的总压损失与气流的流速平方成正比，并与通道的平直性，以及壁面的粗糙度等因素有关。包括摩擦压力损失、管道突扩处的局部阻力损失、管道突窄部的局部阻力损失、弯头的局部阻力损失。,（3）气流的压力损失,10.2.2常用阻性消声器,（1）直管式阻性消声器（2）片式阻性消声器（3）蜂窝式阻性消声器（4）折板式阻性消声器（5）声流式消声器（6）小室式消声器（7）盘式消声器（8）百叶式消声器（9）消声弯头,1.直管式消声器,优点：加工简单，空气动力性能好，适用于气体流量较小的情况。缺点：不适用于气体流量较大的情况。,2.片式消声器,优点：结构不复杂，中、高频消声效果好，阻力系数较小。,3.蜂窝式消声器,优点：中、高频消声效果好，可根据不同的适应范围，设计单元结构。缺点：阻力损失较大，阻力系数一般在1-1.5之间，用于风量较大、流速较低的情况。,4.折板式消声器,优点：适用于压力和噪声较高的设备。缺点：大大增加了阻力损失。,5.声流式消声器,优点：可达到高消声、低阻损的要求，阻力系数介于片式和折板式消声器之间，适用于大断面流通管道。缺点：加工复杂，造价较高。,6.小室式消声器,优点：消声频带较宽，消声量较大。缺点：阻力损失较大，占用空间也大，一般适用于低速进排风消声。,7.百叶式消声器,百叶式消声器实际上是一种长度很短（一般约为0.20.7m）的片式或折板式消声器的改进，百叶安装角度及间距应保证至少能遮挡水平视线的要求。由于长度很小，有一定消声效果而且气流阻力又小，因此在工程中常用于车间、各类设备机房的进排风口、隔声屏障的局部通风口等。,8.盘式消声器,优点：阻损小，体积小，重量轻、安装简便用于锅炉鼓风机进风口消声、各类风机进风口或管道开口端。隔声罩、室顶部的散热消声器风口。,9.消声弯头,优点：结构简单、体积小，占地少，在通风空调工程中应用普遍,10.2.3阻性消声器的设计步骤,（1）确定消声量（2）确定消声器的结构型式（3）选用合适吸声材料（4）决定消声器的长度（5）合理选择吸声材料的护面结构（6）机械结构设计（7）验算,10.3抗性消声器,10.3.1扩张式消声器,（1）消声原理,扩张室消声器又称膨胀室消声器，它是由管和室组成的。它是利用管道截面的扩张、收缩引起声反射和干涉消声的。,图9单节扩张式消声器,（2）消声量的计算,单节扩张式消声器的传声损失：,式中：mS2/S1，称为抗性消声器的扩张比；k波数，由声波频率决定，m1；l扩张室的长度，m。,（2）消声量的计算,当时，TL达最大值当时，TL为零，声波无衰减地通过。,图单节扩张式消声器的消声性能曲线,（3）改善消声频率特性的方法,采取在扩张室内插入内接管的方法,图带插入管的扩张式消声器,（3）改善消声频率特性的方法,采用多节扩张室串联,图12双节带插入管的扩张式消声器及消声性能曲线,（4）上下截止频率,上限截止频率：,下限截止频率：,10.3.2共振式消声器,（1）消声原理,图13共振式消声器,10.3.2共振式消声器,（1）消声原理,小孔和空腔组成一个弹性振动系统，管壁的孔颈中空气柱类似活塞，它具有一定的质量。当声波传至颈口时，在声压作用下，空气柱做往复运动，便与孔壁产生摩擦；使声能转变成热能而消耗掉。当外来的声波频率与消声器弹性系统的固有频率相同时，便发生共振。在共振频率及其附近，空气振动速度达到最大值。同时，消耗的声能量多，消声量最大。,（1）消声原理,当声波的波长大于共振腔的长、宽、高(或深度)最大尺寸的三倍时，共振腔消声器的固有频率可由下式计算：,式中：G传导率；V空腔体积，m3；S0孔颈截面积，m2。,（2）消声量计算,共振式消声器的消声量为：,重要参量,图共振式消声器的消声特性,（2）消声量计算,（3）改善消声性能的方法,选定较大的值增加声阻多节共振腔串联,P267,10.3.3阻抗复合式消声器种类,阻抗复合式消声器根据其构成形式的不同，可分为阻性扩张室复合式消声器；阻性共振腔复合式消声器等。,图几种阻抗复合式消声器,阻抗复合式消声器的应用,某厂冲天炉使用的D36型罗茨801500鼓风机，消声器设计成阻扩张室串联组成的复合式，如图所示。,图阻扩串联组成的复合式消声器,10.4微穿孔板消声器,消声原理,图管式微穿孔板消声器,主要利用减少共振结构的孔径，使其成为小于或等于1mm的微孔孔径，由于孔径大大减少，声阻显著提高，从而达到拉宽频带消声的目的。,消声量计算,按低、中、高不同频段计算微穿孔板消声器的消声量。,10.5新型面板材料,泡沫玻璃泡沫铝铝纤维板微孔金属板,10.6.1小孔喷注消声器,（1）消声原理,喷注噪声的峰值频率与喷口直径成反比。如果喷口直径变小，峰值频率变高，喷口噪声能量将从低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高。如果喷口直径小到一定值，喷注噪声的能量将移到入耳不敏感的频率范围内。,10.6扩散消声器,（2）消声量计算,小孔喷注消声器的消声量为：,当D1mm时，xA1，则,P275,（2）消声量计算,图18小孔喷注消声器噪声降低与孔径关系,（3）设计要点,小孔径的确定小孔中心距的确定小孔喷注消声器泄放量的确定小孔消声器的外罩小孔消声器的结构强度设计,10.6.2节流减压消声器,（1）节流降压原理,一般由多级节流孔板串联而成，其相邻级的孔板间隙为均压的腔室，这样就把原来的高压气体直接喷注排空的一次大的压力降分散成为多级的小压力降。,图18节流降压消声器,10.6.2节流减压消声器,（2）消声量的计算,压强的计算：,消声量：,P276,10.6.3多孔扩散消声器,多孔扩散消声器是利用烧结塑料、多层金属网、多孔陶瓷等材料替代小孔喷注，其消声原理与小孔喷注消声器的消声原理基本相同。同时这类多孔材料还具有阻性材料的吸声作用。多孔扩散消声器孔心距与孔径之比较小，使排放的气流被滤成无数小气流，不能忽略混合后产生的噪声。,10.6.3多孔扩散消声器,图18多孔扩散消声器,10.6扩散消声器,10.6.4干涉式消声器,原理：借助于相干声波相互抵消作用，来达到消声目的。分类：无源(被动式)消声器和有源(主动式)消声器两类。特点：具有显著的频率选择性。,无源消声器：,将声波分成两路，在并联的管道内分别传播不同的距离后，再汇合在一起。,有源消声器,人为外加相位相反的声波使它们产生干涉而抵消。,10.8消声设计,消声设计原则消声设计程序阻性消声器的设计共振式消声器的设计,消声设计原则,消声措施适用于降低空气动力性机器、设备的噪声。1.根据噪声源所需的噪声量、空气动力性能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。,消声设计原则,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，使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，使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.还应该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。,消声设计程序,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,噪声源使用条件,设备的空气动力特性,阻性消声器的设计,1.阻性消声器的设计程序a.确定消声量b.选择消声器的结构形式管道直径：500mm片式、蜂窝式或其它形式,阻性消声器的设计,1.阻性消声器的设计程序c.选择合适的吸声材料d.确定消声器的长度e.合理选择吸声材料的护面结构f.验算消声效果：高频失效频率、气流再生的影响。压力损失,2.阻性消声器的设计计算方法,a.消声量的计算,2.阻性消声器的设计计算方法,b.高频失效频率的计算,共振式消声器的设计程序,a.根据降噪要求，确定共振频率和频带的消声量，而后求出相应的K值;,倍频带：,1/3倍频带：,某一频率：,共振式消声器的设计程序,b.确定K值后，按公式计算出V和G值;,共振式消声器的设计程序,c.设计消声器的几何尺寸:对同一G:有多种孔径、板厚和穿孔数的组合；对同一V:有多种不同几何形状和尺寸。常用的设计孔径取3-10mm;开孔率为0.5%-5%孔板厚度：1-3mm空腔深度：100-200mm,共振式消声器的设计程序,d.验算：,共振频率：,高频失效问题：,所有尺寸小于1/3波长,消声设计实例,【例题1】某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直径为2