第四章 消声.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 消声,消声器是一种控制气流沿管道传播的消声设备，这种装置可以在减少噪声的同时不影响或减少影响气流的通过，它是降低,空气动力性,噪声的主要技术措施，主要安装在,风机进出口和排气口，以及通风换气的地方。,一个性能良好的消声器，可使气流降噪,2040dB,。,一、消声器工作原理,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。,第一节 消声原理,阻性消声器的声衰减量,其中：,P,消声器气流通道断面周长，,m,S,消声器的气流通道截面积，,m,2,l,消声器的有效长度，,m,(a,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。,理论计算公式：,高频失效频率,（即消声性能下降的频率）,基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接触减少,。,其中：,D,消声通道,截面平均边长,（当量直径），,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。,当,频率每增加一个倍频带，其,消声量,约下降,1/3,，其经验估算公式为：,其中：,R,高于失效频率的某倍频带的消声量；,R,失效频率处的消声量（作为,参考值,）；,N,高于失效频率的倍频程频带数,。,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,1500cm,2,。,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：,因为管道的,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：,L,R3,L,R2,L,R1,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。,某排气管道所产生的噪声达到,120,分贝，需要进行消声处理。若要求处理后的噪声低于,85,分贝，所需要材料的吸声系数为,0.8,，计算所需要的消声器长度？并求对应的上限失效频率,f,上。（消声器通道直径）,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,0.55,0.7,0.9,1.0,1.2,1.5,1.5,由,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，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，从而在消声器的外侧，达到了消声的目的。,声抗,:,声阻抗的实部叫声阻，声阻抗的虚部叫声抗。声抗分为惯性声抗和容性声抗。前者为正值，后者为负值；声抗反映声源部分能量激发周围介质的振荡，它是一个类似弹簧振动的过程，只是将能量储存后再释放回声源，因此这部分能量不对外辐射声能,.,声阻,:,表示能量的“损耗”，这个损耗表示声能从一个地方传播到另一个地方，也就是声源对外辐射的过程。,声桥,:,双层墙两墙之间若存在刚性连接称为存在声桥。,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）。,二、消声性能参数,1,）,插入损失,（,L,IL,）,即,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,。,2,）,传声损失,（,TL,）,即,消声器进出口端,声功率级,之差。,3,）减噪量（,L,NR,）,即,消声器进出口端测得的,平均声压级,之差。,4,）,衰减量,（,L,A,）,即消声器,内部两点间,的声压级的差值，通常用消声器的单位长度的衰减量（,dB/m,）,来表征消声器内,声传播特性,。,第二节 消声器,一、消声器的性能评价,1,）消声性能,消声器的消声性能，即消声器的消声量的频谱特性，消声器的消声量通常用传声损失和插入损失来表示。频谱特性以倍频的,1,3,频带的消声量来表示,2,）空气动力性能,消声器的空气动力性能是评价消声性能好坏的另一。,项重要指标，是指消声器气流阻力的大小。消声器的空气动力性能通常用阻力系数或阻力损失来表示。,3,）结构性能,消声器的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。结构性能对消声性能和空气动力性能相同的消声器的使用具有十分重要的现实意义。,对一个好的消声器要有五个方面的基本要求,1,）在,消声性能,上的要求。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,上的要求。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,上的要求。消声器的,体积,要小，,重量,要轻，,结构,简单，便于,加工,，安装和维修；,4,）外形和装饰上的要求。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,。,二、阻性消声器,包括的形式,：,直管式、片式、,蜂窝式、,折板式、迷宫式、声流式,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）。,直管式阻性消声器,片式消声器,蜂窝式消声器,折板式消声器,声流式阻性消声器,室式消声器,迷宫式消声器,盘式消声器,三、抗性消声器,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,低、中频,消声性能。,适用范围,：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（,较高气速的情况,）。,一）,扩张室消声器,（,膨胀式消声器,）,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。,单节,扩张室,消声器的消声量计算：,其中：,称为,抗性消声器的扩张比,。,单节扩张室消声器的消声量,扩张室消声器的截止频率,单扩张室消声器结构及消声特性示意图,例：某柴油机进气口噪声,125Hz,有一明显峰值，进气口管径为,150mm,，管长,3m,，气流速度,v=5m/s,。试设计一个扩张室消声器安装在进气口上，要求在,125Hz,有,15dB,的消声量。,二）共振腔消声器,1,）消声原理：,该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生振动，振动时与腔口壁的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；当体系固有频率与声波频率发生共振时，消耗的声能最多，消失量最大。,实际工程中，一般单通道的截面直径不应超过,250mm,，,如果流量较大时则需要多通道。共振腔最大几何尺寸应小于声波波长，孔心距应大于孔径的,5,倍。,共振腔消声器对频率,f,的纯音消声量,四、阻抗复合式消声器,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、试车台噪声。,1,阻性,2,扩张室,3,共振腔阻抗复合式消声器,阻性和共振腔复合及消声量,阻抗复合式消声器,第三节 消声技术应用,一）阻性消声器的设计步骤,确定消声量,选定消声器的结构形式,正确选用吸声材料,确定消声器的长度,选择吸声材料的护面结构,验算消声效果,设置在圆管中的吸声层或吸声芯,各种流速下吸声护面材料,二）扩张室性消声器的设计步骤,根据所需要的消声频率特性，合理分布最大消声频率，即合理设计各节扩张室的长度及插入管的长度。,根据所需要的消声量，尽可能选取较小的扩张比，设计扩张室各部分截面尺寸。,验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止频率是否在所需要消声的频率范围之外。,三）共振消声器的设计步骤,根据要消除的主要频率和降噪量（倍频程或,1/3,倍频程），确定相应的,K,值。,确定,K,值后，求出共振腔的体积和传导率,G,。,设计消声器的几何尺寸。对某一确定的,V,值，可以有多种不同的几何形状和尺寸，对某一确定的,G,值也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。,例：在管径,200mm,的常温气流通道上，设计一单腔共振消声器，要求在,250Hz,的倍频带上有,15dB,的消声量。,解,：,根据题意，流通面积为,S=d,1,2,/4=0.2,2,/4=0.0314m,2,由,L=10lg,（,1+2K,2,）得,15=10lg,（,1+2K,2,）,求出,K=3.9134,G=1.15mV=0.054m,3,设计取与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为,200mm,，外径为,500mm,，则共振腔的长度为：,若选用,2mm,的钢板，孔径为,0.5cm,，则开孔率为,可见，在所需的消声范围内，不会出现高频失效问题。,验算：,f,上,=1.8C/D=1.8340/0.5=1224Hz,消声器的选用,1,）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境和声学环境条件等）,2,）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相关声环境质量标准和噪声排放标准）,3,）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构；根据降噪要求，决定消声器的长度）,4,）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的种类）,5,）检验（验算消声频率范围）,消声器的安装,1,）明确风机噪声源的部位,2,）选定在室内或室外安装消声器,3,）消声器在室外时，消声量可达到,20dB,（,A,）以上；在室内时，若进气口消声器或出气口消声器安装的位置紧靠风机机壳时，最好的效果是可以降到电机和机壳的噪声水平，即可以降低,1015dB,（,A,）,4),在安装消声器时，消声器到风机进口或出口的距离至少要大于管道直径的,34,倍以上。,5,）消声设备的机壳或管道辐射的噪声有可能传入消声器后端，致使消声效果下降。,6,),为了提高消声效果，防止管道壁的辐射噪声，风管上要贴吸声材料。,7),消声器露天使用时应加防雨罩，作为进气消声使用时应加防尘罩，含粉尘的场合应加滤清器。,8,）进排气消声器，对通风机可互换使用，对鼓风机和压缩机千万不可互换使用。,9,）消声器要定时进行检修，以保证消声器的效果。,10,）对于风机消声器片间平均流量，通常可选为等于风机管道流速。,控制气流噪声的主要措施：,按声源特性和消声器的消声量确定合适的,气流速度,；,选择合适的消声器结构，改善气流状态，减少,湍流,发生。,一般情况下，对于,空调用消声器,流速不应超过,5,m/s,，对,风机和空压机,不应超过,2030,m/s,，对,内燃机和凿岩机,不应超过,3050,m/s,，对于,大流量的排气放空消声器,，流速可选在,5080,m/s,。,气流对阻性消声器性能的影响,主要表现在两个方面：,1,）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高速气流）,2,）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声,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机会减少，不利于消声降噪。,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。,在直通,管道消声器内气流再生噪声的估算公,式,为：,其中：,L,A,气流再生噪声,消声器内气流速度，,m/s,f,倍频程的中心频率，,Hz,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。,