内燃机整机噪声的防治.ppt

1、第9章，内燃机噪声的预防和控制，9.1内燃机噪声控制标准185986规定了测量内燃机噪声的标准方法，而n25986规定了中小功率柴油机的噪声限值。例如，中国交通部运输船舶舱室噪声标准规定，无控制室的机舱允许噪声为90dB()，无人机舱或有控制室的机舱允许噪声为100dB()，机舱控制室允许噪声为75dB()。内燃机噪声控制中的隔声技术在中小型柴油机的噪声允许限值中，允许值仍然比较高，这从总体上反映了目前降低内燃机噪声的技术状况。降低内燃机噪声的技术措施如下：首先，从内燃机本身出发，从内燃机各种噪声的产生机理出发，研究降噪方法也是最根本的。二是采取各种隔音技术措施，阻断内燃机噪声，使其达到动力设

2、备的规定指标。在采取各种技术措施降低整机噪声后，如果仍有较高的噪声水平，不能满足以内燃机为动力的动力设备的噪声要求，如客车、船舶、机车和一些要求严格噪声水平的电站设备，则必须采取阻断噪声等措施进行控制。常用的技术措施如下：1)用隔声墙、隔声罩或隔声室隔离内燃机，以阻挡噪声向外辐射。2)当内燃机振动较大时，采用特殊的隔振元件来隔离整个内燃机，以降低振动功率输出的传递系数。3)在内燃机周围设置大量吸声材料来吸收声音，同时采用隔声室和隔声罩。4)阻尼支架或阻尼材料用于内燃机的强振动部件，如板、壳等。以抑制振动幅度并减少噪声辐射。使用有效的进气和排气消除器来消除进气和排气噪音。内燃机部件的隔振措施除了

3、减振措施外，隔振还可以达到更好的减振效果。正时齿轮盖和气门室盖可采用图92(b)所示的隔振橡胶组合垫片固定方法。图92(c)所示的隔振方法可用于内燃机上的各种平盖板和骨架机体各侧的盖板，并在固定法兰和盖板之间硫化橡胶以隔振。当曲轴扭转振动或弯曲振动的频率与曲轴皮带轮的固有频率一致时，出现峰值噪声。隔音外壳的原理和设计1)隔音原理1)大型外壳此处外壳的尺寸是指机器相对于外壳所占据的空间。如果机器的总体积小于物体盖的总体积的13%，则该盖可视为理论模型中的大盖。降噪定义为(2)小盖(3)部分盖，9.2.4隔音盖在内燃机中的使用1)局部隔音茧是自粘的，隔音装置安装在噪音辐射强的表面。隔声罩应由0.5

4、1.0毫米厚的薄钢板制成，钢板与噪声辐射面之间的距离应为1550毫米。隔声罩应密封噪声辐射面，小间隙引起的声音泄漏会大大影响隔声效果。全封闭整体隔音罩是用通常由钢板制成的隔音罩包围整个内燃机。如果内壁涂上吸声材料，降噪效果会更好。2)隧道式隔音罩这种隧道式隔音罩可降低车辆噪音约23dB(A)，当隧道内表面由吸音材料制成时，可降低34dB(A)。内燃机气动噪声的降低与消声空气噪声的来源柴油机的功率损失不应超过3%-4%。(3)几何形状合适。(4)机械强度高，维护方便。(5)良好的结构刚度。目前，国内外评价消声器性能主要采用两个指标，即降噪和功率损失(或阻力损失)。降噪通常通过评估参数来表示，如插

5、入损耗、传输损耗或末端降噪。1)插入损耗IL插入损耗IL定义为消声器安装前后在固定测量点测得的加权声级之差，即ILp1p2插入损耗不仅与消声器性能有关，还与声源特性和消声器出口阻抗有关。当环境噪声较大时，很难准确测量。1)传输损耗t1定义为消声器进口处的入射声功率水平和消声器出口处的传输声功率水平之间的差值，反映了消声器进口处的噪声能量(入射声能)与消声器出口处的噪声能量(传输声能)的比值。其表现为消声器的传递损失t1属于消声器本身的特性，受声源和环境的影响较小。由于声功率级不能直接测量，一般是通过测量消声器前后的平均声压级，然后按下式得到：3)降噪量NR，除了用降噪量来评价消声器的降噪效果外

6、，还必须知道消声器的频谱特性，即需要知道各种频率或频段的降噪量。一般来说，消声器的频谱特性用倍频程表示。消声器的有效频率范围越宽，消声量越大，消声性能越好。为了研究消声器对内燃机性能的影响，通常用功率损失比来评价。通常，需要功率损耗比N5。内燃机进排气噪声是一种宽带噪声。在设计消声器时，有必要知道每个频率分量的必要降噪量，以便有选择地消除噪声。根据相关噪声控制标准的声级A，通过使用关系A5将指定的声级转换成允许的数字。对应于曲线上允许数量的噪声强度值和噪声倍频程频谱的每个中心频率处的噪声强度之间的差值是在相应的中心频率处满足标准并且也满足声级标准的必要消声量。获得噪声源的实际声功率级和噪声控制

7、标准允许的声功率级，并将二者之差作为必要的噪声消除量。如果在距离r1处测量的频谱中的频率的声压级是p1，则相应的声功率级是W1p1201GR1W2P2201GR2K，其中校正系数是。因此，在该频率下满足噪声控制标准所需的噪声减少量是w1w2，并且可以针对倍频程中心频率计算相应的噪声减少量，从而可以得出所需的噪声减少量频率特性。必要降噪的频率特性不仅是消声器设计的基本依据，而且为确定消声器的合理结构方案、评价消声器和实现有目的的降噪提供了许多有用的数据。由于人耳对高频噪声敏感，内燃机标定条件下的进排气噪声的倍频频谱可以作为消声器设计中使用的频谱。阻性消声器的作用原理及计算阻性消声器是一种利用气流

8、通道中的吸声材料和材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收并逐渐衰减的装置。当声波进入消声器时，它导致布置在消声器中的多孔材料中的空气和纤维振动。由于摩擦阻力和粘滞阻力，一部分声能被转化为热能而消散，起到消音的作用。阻性消声器对中高频范围的噪声有很好的消声效果。阻性消声器的结构形式吸声材料布置在t然而，对于具有一定横截面的消声器，当频率高于一定极限时，其消声性能将显著降低。这是因为对于某个消声器通道，当频率高到一定值时，声波会以窄波束的形式通过消声器，因此很少或永远不会与吸声材料贴面接触，从而不能消除噪声。折叠板消声器实际上是片状消声器的变体。将直件制成弯曲形状可以增加声波在消声器中的反射

9、次数，也就是说，可以增加声波与吸声层接触的机会，提高消声效果。缺点是阻力损失大，因此不应用于高流速场合。声学流动消声器是折叠板消声器的改进类型。其吸声层做成正弦波形，增加了声波通过时的反射次数，因此可以提高吸声性能，显著降低气流阻力损失。其缺点是加工复杂，成本高。1)阻性消声器降噪计算公式与吸声系数a相关的降噪系数见表93。1)如果通道截面过大，当声音频率达到一定值时，声波会形成声束，在管道中直线通过，几乎与小啊波一样。此时，声束几乎不与吸声材料的表面接触，这大大降低了降噪效果。当声波的波长小于通道横截面尺寸的一半时，消声效果开始下降。通常，对应于噪声降低开始降低的点的频率被称为临界故障频率或

10、高频故障频率，其可以通过以下经验公式计算，即，当频率高于故障频率时，对于每个额外的倍频程频带，噪声降低将减少大约13，其可以通过以下公式估计，即， 1)消声器的再生噪声会影响实际消声器的声学特性，具体表现为：第一，气流的存在会引起声音传播和消声规律的变化。 其次，气流会在消声器中产生额外的噪音，这就是所谓的再生噪音。气流再生噪声主要有两种机理：第一，当气流通过消声器时，由于局部阻力和摩擦阻力会形成一系列湍流，从而辐射噪声；第二，气流会激发消声器部件的振动并辐射噪声。气流再生噪声通常是低频噪声。从实验中可以看出，随着频率的增加，声级逐渐降低，每增加一个八度，声级降低约6dB。再生噪声的倍频程声压

11、级可按下式计算，即BZ7260lgu201g，1)阻性消声器的设计步骤(1)确定消声器的结构，并根据主消声器控制的气流平均流速计算出所需的通道截面。内燃机的废气流量应在3050毫秒左右。(2)选择合适的吸声材料选择吸声材料时，不仅要考虑吸声性能，还要考虑消声器的使用环境。例如，排气消声器应该考虑使用能够耐高温和耐腐蚀的吸声材料。(3)确定消声器的长度(4)合理选择吸声材料的覆盖结构(5)检查消声器的临界故障频率和再生噪声，9.3.3反应式消声器的作用原理和计算主要是通过控制声阻抗来消除噪声。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，而是连接一个截面突变的管段或其旁边的共振腔。利用声阻抗失配，声波的一

12、些频率在阻抗突变的界面上被反射和干扰，从而达到消声的目的。最常用的反应消声器是膨胀消声器和共振消声器。反应式消声器的性能主要取决于其几何尺寸和形状，即如何将管道与膨胀腔或共振腔适当匹配，以反映某些频率或频带的噪声，并防止这种噪声通过消声器。反应消声器是(a)传递损失，(b)插入损失，从以上两个公式可以知道，消声器的传递损失和插入损失随着膨胀比m的增加而增加，因此增加降噪量可以使2增加或减少1和3。当使用sinkl21时，消声器在某一频率下将具有最大的降噪效果。为了使sinkl21，kl2应该是2的奇数倍，即kl2(2n1)，并且对应于最大噪声降低的n1，2的频率是0。当sinkl2消声器在某一

13、频率下的降噪为零时，即某一频率的噪声将通过消声器并扩散出去。对应于零噪声降低的频率称为通过频率min。因此，为了使sinkl2，kl2n，l2的增加对消声器的最大消声量没有影响，但是在最大消声量处的频率将向低频方向移动。图914示出了空腔长度l2对降噪特性的影响。由于单室膨胀消声器的通过频率，降噪量取决于m的大小，如果m太大，将受到结构设计总平面布置的限制。因此，在实践中，由双室或多膨胀室组成的消声器被用来代替单室。(2)带外管的双腔膨胀消声器的传递损失计算：包括插入损失：(3)带内管的单腔膨胀消声器的计算根据上述两种消声器的消声频率特性，有几种通过频率。为了使所设计的消声器在整个频率范围内满

14、足必要的消声要求，有必要解决通频问题。一种方法是使用带有内套管的膨胀消声器，如图917所示。(a)传递损失：根据压力传递关系，利用上述截面上压力相等、体积流量连续的相同原理，可以推导出传递损失的计算公式如下：(a)插入损失：可以从四端网络线路的矩阵传递关系中得到，图918给出了带内套管的单室膨胀消声器的传递损失和插入损失的计算曲线。从图中可以看出，增加特定尺寸的内套管后，通过频率之间的间隔变长，但通过频率并没有完全消除；在较宽的频率范围内，噪声衰减曲线相对平坦。(1)带内喷管的双腔膨胀消声器的计算从传递损失和插入损失的计算公式中可以看出，这种消声器的消声量仍然取决于膨胀比。为了在每个频带中获得

15、足够的降噪，膨胀消声器的设计通常需要适当地结合上述膨胀腔结构。此外，理论和实践都表明，膨胀消声器在所有频率范围内都不具有消声效果，即存在较高的失效频率u和较低的失效频率L，对于高于u和低于L的噪声分量，消声器没有消声效果.一般来说，u和l可以由下列公式得到：(1)共振消声器的计算共振消声器是由管壁的开口与外面的封闭空腔连通而形成的。典型的分支谐振器如图921所示，也使用亥姆霍兹谐振器。当气流在小孔内运动时，由于颈壁的摩擦和阻尼，相当一部分声能转化为热能并被消耗掉，就像振动系统中的阻尼一样；充满气体的空腔具有阻止来自小孔的压力变化的特性，这相当于构成振动系统的弹性元件。当外部声波的振动频率与谐振器的固