消音器设计计算任务书.doc

消音器设计计算书
因为中国现在对消音器设计，还没有统一标准规范能够遵照实施，大多数厂家均依据自己经验来设计制作，且技术又相对保密。所以本消音器设计，经查阅大量资料，采取科学院声学研究所马大猷教授等人提出小孔喷注噪声极其控制理论，采取节流降压和小孔消音原理结合现场实际情况来设计处理环境噪声超标难题。
消音器工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排汽温度：390℃，蒸汽比容ρ：0.0721 m3/ kg，排汽流量Q：8t/h；噪声达成110dB以上，要求消音器噪声小于85dB环境保护要求。
一、 设计原理。
复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前驻压，预先消耗部分声能，再dB和小孔降噪相结合，达成较高消声量；其原理是利用节流降压和小孔喷注两种消声机理，经过合适结构复合而成。
1. 小孔喷注消音器
小孔喷注消音器设计机理是依据科学院声学研究所马大猷教授等人提出小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它干扰噪声降低，因为喷注噪声峰值频率和喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达成mm级），试验表明，当孔径≤4mm时含有移频作用，喷注噪声将移到人耳不敏感频率范围（听觉最敏感区域250~5000赫兹）；依据这一机理将一个大喷口改为很多小孔来替换，便能达成降低可听声目标。从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。通常选择直径1~3mm小孔为宜。
2.节流降压消音器
节流降压消音器是利用节流降压原理而制成。依据排汽流量大小，合适设计通流截面，使高压气体经过节流孔板时，压力全部能最大程度地降低到临界值。这么经过多级节流孔板串联，就能把排空一次压降分散到若干个小压降。因为排汽噪声功率和压力降高次方成正百分比，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐步降下来再排空，这么能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大程度地降到临界值，使消音器取得很好消声效果。同时节流降压后小孔喷注层驻压大大变小，小孔喷注层强度设计所需壁厚也大为减薄，这么给小孔喷注层钻孔加工减小难度。
消音器入口处压力通常是给定，当排放压力较高时，为了取得所需消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前压力由消音器入口处压力P1按百分比降低设计；通常情况下，节流降压消音器各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压力比为q (q＜1) ，可得：
（1）
依据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可知节流装置通流截面，可按下式计算：
（2）
式中: S1为节流面积（cm2）;
G为排放气体质量流量（t/h）；
V1为节流前气体比容(m3/kg)，
P1为节流前气体绝对压力（kg/ cm2）；
μ为确保排汽量截面修正系数，通常取1.2~2.0，
二、 结构设计
依据上述原理，经综合分析，本消音器考虑采取节流降压和小孔喷注相结合结构，首先为保正小孔喷注有良好消音效果，据资料[2]上经验数据表明，将小孔喷注层驻压确定为5~10kgf/cm2，则小孔喷注将取得很好效果；再依据预定小孔喷注层驻压及[1]式，就可确定消音器节流降压所需要级数。
1）节流前后降压比q值确实定
节流前后压降比q值取值，对高压排放节流降压装置，通常按临界状态或亚临界状态设计；依据资料[1]，临界状态下，过热蒸汽压降比为q=0.546，q值过大，各级压力降低缓慢，所需节流级数增多，致使消音器体积增大；q值过小，不能有效地把流速控制在临界流速下，仍会产生强烈激波噪声，会使消音器性能下降。因为本消音器气源压力较高，按靠近临界状态选择各级压强比，经查阅相关资料，按亚临界状态设计比按临界状态设计消音效果好，所以本设计采取亚临界状态设计，取q=0.45；取小孔喷注层驻压为8.1kgf/cm2，则依据 [1]式，需要节流孔板级数为n=2。
2）节流降压层及小孔喷注层开孔面积及参数确实定
依据科学院声学研究所研究证实，只有当小孔总面积和排气管截面积之比为1.6时，才能使排气管排气无阻，所以修正系数μ取1.66；由式（2），依据给定设计参数，经过计算第一级节流孔板通流面积为S1=7.65 cm2，为了便于实际加工而不影响消音器性能，本设计穿孔直径取为 d=6mm，即得第一级穿孔数N1=27个，实取28个；在计算出第一级节流孔板通流面积S1后；因为各级降压后汽体温度可考虑为近似保持不变（气流在消音器器中流动，流速很高，气体来不及和外界发生热交换即排出），则其它各级计算和第一级相同，各级计算结果列表以下：
各级节流降压小孔喷注复合消音器设计参数
级数
单位
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
进口压力
Kg/cm2
40
18
8.1
通流面积S
cm2
7.65
17
37.8
比容
cm3/ Kg
0.0740
0.1526
0.3179
压降比
q

0.45
0.45
孔径d
mm
6
4
3
孔数n

27
135
535
3）消音量计算
㈠、依据资料（3），节流降压消声量按下式计算

式中k----- 经验修正系数，取0.9±0.2；取0.9
P1-------消音器入口前排气压力kg/cm2，取40 kg/cm2
p0-------环境大气绝对压力kg/cm2，取1.033kg/cm2。
n-------节流级数。
则=10×0.9×lg=16.4dB
㈡、小孔喷注消音器辐射消声量，依据资料（3）按下式计算：
=27.5-14.3=13.2 dB
其中：D为小孔孔径mm。
经过上述计算本消音器经节流降压及小孔喷注消音后消声量为VL=VL1+VL2=16.4+13.2=29.6dB
则消音器排放噪声110 dB减去消音器消声量，尿素CO2压缩机主蒸汽排放噪声经消音器消声后产生噪声为80.4dB，小于国家环境保护要求，所以本消音器设计满足现场实际需要。
总而言之，因为本人对消音器设计还缺乏经验，即使理论上计算满足了生产实际要求，是否能达成理论上计算结果，还有待消音器实施安装后经实践检验。