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第十章 消声器

  

第十章 消声器

第十章 消声器

  第十章 消声器_纺织/轻工业_工程科技_专业资料。第十章 消声器 空气动力汽车 (最高时速可达70公里,1欧元压缩空气可开220公里) 2 3 4 无声手枪 无声手枪又叫微声手枪。 无声手枪的奥妙是在枪管 外面有一个附加的套筒, 叫作 第十章 消声器 空气动力汽车 (最高时速可达70公里,1欧元压缩空气可开220公里) 2 3 4 无声手枪 无声手枪又叫微声手枪。 无声手枪的奥妙是在枪管 外面有一个附加的套筒, 叫作消声筒。 5 气流噪声(空气动力性噪声):是气流的 起伏或气动力产生的噪声。 常见的气流噪声有风机噪声、喷气发动机 噪声、高压锅炉放气排气噪声、内燃机排气、汽 车的排气、鼓风机、通风机、燃气轮机、喷气式 飞机、火箭噪声、螺旋桨噪声、风扇声、空压机 的噪声等主要通过进、排气口以及各类排气放空 装置等向外辐射。 6 第十章 消声器 10.1 10.2 10.3 10.4 消声器的概念及其分类 阻性消声器 抗性消声器 阻抗复合型消声器 7 10.1 消声器的概念及其分类 一、消声器的概念 消声器 :是一种在允许气流通过的同时, 又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。 8 二、消声器性能评价 (1)声学性能 (2)空气动力性能 (3)结构性能 9 (1)声学性能 包括消声量的大小和消声频带范围的宽窄。 插入损失:安装消声器前后在某固定点 处测得的声压级之差。 LIT ? Lp1 ? Lp 2 10 (2)空气动力性能 指消声器对气流阻力的大小。 通常用阻力系数或阻力损失来表示,包括摩擦 阻力和局部阻力两部分。 摩擦阻力损失: ?H ? l ?V 2 ?? D 2g ?为摩擦阻力系数; l为消声器的长度,m; D为消声器的通道截面等效直径,m; ?为气体密度,kgm?3 g; V为气流速度,m / s; g为重力加速度。 12 局部阻力损失:气流在结构突变处,如拐弯、 扩张或收缩以及遇到障碍物等局部机构处产生的 阻力损失。 ?H ? ? ? ?V 2 2g 式中?为局部阻力系数 消声器总的阻力损失等于摩擦阻力损失和局部 阻力损失之和。即 ?H=?H?+?H? 13 (3)结构性能 好的消声器除应有好的声学性能和空气动 力性能之外;还应该具有体积小、重量轻、结 构简单、造型美观、加工方便、同时要坚固耐 用、使用寿命长、维护简单和造价便宜等特点。 14 三、对消声器的基本要求 1、消声性能好;(消声量和频谱特性) 2、气动性能好;(阻力损失等) 3、消声器的结构性能好。(尺寸、价格、 寿命等) 15 16 四、消声器的分类 阻性消声器 按消声机理 抗性消声器 17 10.2 消声原理 阻性消声器 阻性消声器的消声原理与多孔性吸声材 料(玻璃纤维、泡沫塑料、烧结金属、烧结陶瓷 等)相似:在气流通道管壁衬以吸声材料, 利用声波在多孔性吸声材料中传播时通过 摩擦将声能转化为热能。 18 1.单通道直管式阻性消声器 管式消声器是一种最简单的消声器,它仅在管壁内周 贴上一层吸声材料,故又称“管衬”。特点是制作方便, 阻力小,但只适用于较小的风道,直径一般不大于400mm。 管式消声器仅对中、高频率吸声有一定的消声作用.对低 频性能很差。 19 单通道直管式阻性消声器 消声量的计算 ? 经验公式 P ?L ? ? (? ) l S ?L ? 消声器的消声量, ; dB ? (? ) ? 消声系数,与阻性材料 的吸声系数?有关. P ? 气流通道断面的周长, ; m S ? 气流通道的横截面积, 2; m l ? 消声器的有效长度, ; m 20 高频失效频率 直管式阻性消声器对中高频率有较好的消声 效果,但就一定截面的消声器来说,当频率高至 某一极限值以后,其消声性能会显著下降,这时 的频率称为高频失效频率。 c f m ? 1.85 ? D 式中,c——声速,m/s; D——消声器的当量直径,m。(对矩形管道取边长平均值;圆 形管道取直径;其他可取面积的开方值。) 当频率高于失效频率时,每增高一个倍频带其 消声量约下降1/3。 21 2.片式和格式消声器 格式消声器 对断面较大的风管可将断面分成几个格子,这就是片 式及格式消声器。片式消声器应用广泛,构造简单,格式 消声器要保证有效断面积不小于风道断面,因而体积较大, 每格的尺寸宜控制在200mm×200mm左右。片式消声器 的片间距一般在100~200mm的范围内,片间距增大时,消 声量会相应地下降。 22 3.折板式和声流式消声器 折板式 声流式 折板式消声器实际上是片式消声器的变种。为了提高其 高频消声性能,把直片做成折弯状,这样能增加声波在消声 器内反射次数,即增加吸声层与声波的接触机会,从而提高 消声效果。 声流式消声器是由折板式消声器改进的,这种消声器把 吸声层制成正弦波形。与折板式比较,它能使气流通畅流过, 减少阻损。其缺点是加工复杂,造价高。 23 4.弯头消声器 直角弯头消声器 阻力损失小的直角弯头 工厂中的输气管道常有弯头。如果在弯头上挂贴吸声 衬里,即构成弯头消声器,会收到显著的消声效果。在高 频范围,有吸声衬里的弯头与同样长的无衬里弯头相比, 其消声效果可高出 10dB 左右。弯头上衬贴吸声材料的长 度,一般取相当管道截面尺寸的 2~4 倍。 24 5.迷宫式消声器 迷宫式消声器 迷宫式消声器也称室式消声器。在输气管道中途,例如,在 空调系统的风机出口、管道分支处或排气口,设置容积较大的 箱 ( 室 ) ,在它里面加衬吸声材料或吸声障板,就组成迷宫式 消声器。这种消声器除具有阻性作用外,通过小室断面的扩大 与缩小,还具有抗性作用,因此消声频率范围较宽。 迷宫式消声器的缺点是空间体积大、阻力损失大,故只适于 25 在流速很低的风道上使用。 阻性消声器优缺点 能较好地消除中、高频噪声,消声频带 范围较宽; ? 对低频噪声消声效果较差; ? 不适合在高温、高湿环境中使用; ? 在实际应用中被广泛用于消除风机、燃气 轮机等的进排气噪声。 ? 26 10.3 消声原理 抗性消声器 抗性消声器不使用吸声材料,它是利用管道 截面的突变或旁接共振腔,使声波发生反射或 干涉,从而使部分声波不再沿管道继续传播、 达到消声的目的。 27 抗 性 消 声 器 扩张室消声器 共振腔消声器 28 1.扩张室消声器 声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c) 扩张室消声器也称为膨胀室消声器,它是由管和室组 成的。它是利用管道截面的突然扩张 ( 或收缩 ) 造成通道 内声阻抗突变,使沿管道传播的某些频率的声波通不过消 声器而反射回声源去。由于声波通不过消声器,也就传不 出来,从而达到消声的目的。 29 单节扩张室消声器消声量的计算 1 1 2 2 ?L ? 10lg[1 ? ( s21 ? ) sin kl] 4 s21 S2 式中 扩张比 : s21 ? S1 l ? 扩张室消声器的长度; k ? 波数,k ? 2? / ? ? 2?f / c. 30 1 1 2 2 ?L ? 10lg[1 ? ( s21 ? ) sin kl] 4 s21 kl ? ( 2n ? 1) ,即 l ? (2n ? 1) 时, 2 (kl) ? 1 sin (1) 当 4 2 ? ? 扩张室消声量达到最大值,消声量由下式计算: 1 1 2 ?L ? 10lg[1 ? ( s21 ? ) ] 4 s21 消声量达到最大时的相应频率: f max ? kl ? n? ,即 l ? n 2 时,sin 2 (kl) ? 0,消声 (2)当 量 ?L ? 0 ,表明有些声波可以无衰减地通过消 c ? (2n ? 1) 4l 声器,这是单节消声器的主要缺点所在。 消声器的通过频率为:f min c ?n 2l 31 扩张室消声器消声频率的改善: 单节扩张室消声器的主要缺点是存在许多 通过频率,要改善这一不良特性,一是在扩张 室内插入内接管,二是将多节扩张室串联。 1)扩张室内插入内接管: l/4 l l/2 f min 偶数 奇数 c ?n 2l 2)多节扩张室串联: 32 扩张室内插入内接管 扩张室消声器由于通道截面的扩张和收缩,将会使 阻力损失增大,特别是当气流速度较高时,空气动力性 能会变坏。 穿孔管 33 2.共振腔消声器 共振消声器实际上是共振吸声结构的一种应用。 共振腔消声器示意图 共振型消声器的形式是利用管道开孔与共振腔相连接,利 用小孔处的空气柱和空腔内的空气构成了弹性共振系统,当外 界噪声频率和此共振系统的固有频率相同时,小孔中的空气柱 发生共振并与孔壁发生剧烈摩擦,摩擦可以消耗声能,从而达 到消声的目的。 34 同心式 共振腔消声器的消声量 GV / 2S 2 ?L ? 10lg[1 ? ( ) ] f / fr ? fr / f S — 气流通道的截面积, 2; m V — 空腔体积,m3; f — 入射声波的频率, z; H f r — 共振腔的固有频率,, z; H 35 G — 传导率,G ? S 0 / lK , S 0为穿孔截面积 lK 为孔径的有效长度; , 同心式 单腔共振消声器只适于消除在某些频率 上带有峰值的噪声。 36 采取多节共振器串联 把具有不同共振频率的 n 节 共振消声器串联起来,并使各个消声器的共振频率互 相错开,能在较宽的频率范围内获得较大的消声量。 多节共振腔消声器 37 共振腔消声器 优缺点 具有良好的低、中频消声性能; ? 共振消声器具有结构简单、消声量大; ? 耐高温、耐气体腐蚀; ? 特别是它对气流的阻力损失很小,可以用于对阻 力损失要求较严的场合; ? 主要缺点是体积较大,对噪声频率选择性太强; ? 实际应用中常用于消除空压机、内燃机和汽车排 气噪声。 ? 38 10.4 阻抗复合型消声器 阻性消声器在中高频范围内有较好的效 果,而抗性消声器可以有效地降低中低频噪 声。两者结合起来组成阻抗复合消声器,便 可在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。 阻抗复合消声器既有吸声材料,又有共 振腔、扩张室等滤波元件,综合了阻性消声 器和抗性消声器的消声原理。消声效果较好, 适用频率范围宽,高、中、低频都适用。 39 常见形式有:阻性—扩张室复合式、阻 性—共振复合式、阻性—扩张室—共振腔 复合式。 40 – 阻性共振腔复合消声器 LG25/16—40/7型螺杆压缩机上的消声器的阻性部分是以泡沫塑料为吸声材料,粘 贴在消声器的通道周壁上,用以消除压缩机噪声的中、高频成分;共振腔部分设置在通道 中间,由具有不同消声频率的三对共振腔串联组成,以消除350Hz以下的低频成分。在共 41 振腔前后两端各有一个吸声尖劈(由泡沫塑料组成),既用以改善消声器的空气动力性能, 又利用尖劈加强对高频声的吸收作用,进一步提高消声器的消声效果。 消声弯头 42 其它类型消声器 干涉式消声器原理: 旁道管的长度比主要通道段的长度大半个波长, 或半个波长的奇数倍,这样声波沿通道和旁道管两 条不同的途径在终点汇合,由于相位相反,互相干 涉抵消,从而达到声衰减的目的。 A B 43 有源消声器(干涉式消声器): ? 原理:基本原理是在原来的声场中,利用电子 设备再产生一个与原来的声压大小相等、相位 相反的声波,使其在一定范围内与原来的声场 相抵消。即借助声波的相互抵消作用消声。 45 扩散消声器: 适用于流速极高的放空排气 – 小孔喷注消声器: 原理:小喷口代替大喷口,提高喷气速度,使 噪声移到人耳不敏感的范围 气动马达消音器 多孔陶瓷 fp v ? 0.2 D 46 微穿孔板消声器 一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板 制作,在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿 孔,穿孔率为1%一3%。其消声原理实 质上是一个共振式消声器,对低频消声 效果较显著。 47 注意 消声器只能降低空气动力设备的进、 排气口噪声或沿管道传播的噪声,不能 降低空气动力设备的机壳、管壁等辐射 的噪声。 48 Thank you for your listening! 50 【作业】 消声器的主要分类有哪 些,原理各是什么? 51 【作业】 消声器的主要分类有哪些,原理各是 什么? 阻性消声器 抗性消声器 在气流通道管壁衬以吸声材料,利用声波在多孔 性吸声材料中传播时通过摩擦将声热转化为热能。 它是利用管道截面的突变或旁接共振腔,使声波发生反射或干涉,从而使部分声 波不再沿管道继续传播、达到消声的目的。扩张室消声器也称为膨胀室消声器, 它是由管和室组成的。它是利用管道截面的突然扩张 ( 或收缩 ) 造成通道内声阻 抗突变,使沿管道传播的某些频率的声波通不过消声器而反射回声源去。由于 声波通不过消声器,也就传不出来,从而达到消声的目的。共振型消声器的形 式是利用管道开孔与共振腔相连接,利用小孔处的空气柱和空腔内的空气构成 了弹性共振系统,当外界噪声频率和此共振系统的固有频率相同时,小孔中的 空气柱发生共振并与孔壁发生剧烈摩擦,摩擦可以消耗声能,从而达到消声的 目的。 52 小论文 通过调研,写一篇减振降噪技术 在实际中应用的例子。 要求:A4纸打印,至少2000字,论文最后要有自己的 总结。 53 复 习 54 怎样来分析和研究一个振动系统及其 振动现象呢? (1)建立振动系统的力学模型 (2)建立振动运动方程(数学模型) (3)求解振动运动微分方程 55 建立系统振动方程步骤: ① 建立坐标系; ② 将质量块作为分离体进行受力分析, 画受力图; ③ 根据牛顿第二定律列出方程。 56 动力吸振 控制振动 的技术 隔 振 阻尼减振 吸声降噪 控制噪声 的技术 隔声技术 消声器 57 动力吸振原理 其原理是在振动物体上附加质量弹簧 系统,如果激振力的频率? 恰好等于吸振 器的固有频率?b,则主振系质量块的振幅 将变为零。附加系统对主系统的作用力正 好平衡了主系统上的激励力FAsinωt。动力 吸振器的附加系统吸收主系统的振动能量 从而降低了主系统的振动。 58 【例】 装在梁上的转动机器,由于转子的不平衡,在1450r /min时,发生剧烈的上下振动。建议在梁上安装动力吸振器, 试求吸振器弹簧系数 k 与质量 m ,已知不平衡力的最大值FA 为117.7N,并要求吸振器质量的振幅不超过0.1cm。 装在梁上的转动机器 59 解: 激振频率为 1450 ?? ? 2? ? 152 1 s 60 装在梁上的转动机器 吸振器弹簧系数为 FA 117 .7 k? ? ? 1.177 ?10 5 N m B 0.1?10 ? 2 吸振器质量为 k ω ? ?b ? m 1.177?10 m? 2 ? ? 5.1kg 2 ? 152 k 5 60 隔振总结: 传递系数T 频率比z 总之,无论主动隔振或被动隔振,均具有以下特性: 1)无论阻尼大小如何,只有当频率比 z ? 2 时才有隔 振效果。但当 z ? 5 以后,曲线几乎水平,下降效果 不很明显,故一般取z在2.5~5.0之间。 2)为了避免系统共振,设计隔振系统时必须考虑采用一 定的阻尼;但 z ? 2 时,隔振系数随着 ? 增加而提 高,此时阻尼增大不利于隔振,因此盲目增加阻尼并 不能得到好的隔振效果。通常隔振器的阻尼比 ? 在 2~20%。 61 吸声通常有两种处理方法: 一、采用吸声材料 二、共振吸声结构 62 多孔材料吸声的必要条件是: 一、内部要多孔; 二、孔孔要相连通; 三、且这些孔要与外界连通。 63 吸声原理:当声波传到多孔材料时,主要通过以下三重功效进行降噪。 第一 第二 第三 通过空气和材料本身振动,消耗一部分声能; 由于摩擦和粘滞作用使空气和材料变热,消耗一部分声能; 一部分声能透过材料到达壁面被反射后,经过吸声材料再一次被吸 收,从而大大地降低了声能。 64 隔声质量定律 ? 一般情况下,? fm ?? ?0c ,因此 R? ? 20lg m ? 20lg f ? 43 ? 上式常称为隔声质量定律。它表明了单层匀质墙的隔声量与其面密度及 入射声波频率的关系。 ? 面密度越大,隔声量越好,m 或f 增加1倍,隔声量都增加6dB。 ? 实际上,计算的结果与实测存在差异,修正的隔声 量估算经验式 R ? 18lg m ? 12lg f ? 25 ? 由上式可知, ? 实际上若频率不变,面密度每增加一倍,隔声量约增加5.4dB; ? 当面密度不变时,频率每增加一倍,隔声量增加约3.6dB。 66 四、消声器的分类 阻性消声器 按消声机理 抗性消声器 67 完 68 69 3、 消声器声学性能的评价 ? ? ? 消声量越大,表示消声器的消声效果越好。 (1)插入损失 :消声器的插入损失是指在声源与测点之间插入消声 器前后,排气口辐射功率级之差。 或 (2)传递损失 :消声器的传递损失是指消声器进口端入射声的声 功率级与消声器出口端透射声功率级之差,单位是dB。传递损失的数学 表达式为: 为了测量消声器的传递损失中的消声器进口端入射声的声功 率级与消声器出口端透射声功率级,通常要在消声器管道的末端设置一 个消声末端,以避免末端声反射对测量的影响。 用插入损失作为评价量的优点是比较直观、实用、测量也简单。但 插入损失往往不仅决定于消声器本身特有性能而且与声源、末端负载以 及系统总体装置的情况紧密相关。因此,适于在现场测量中用来评价安 装消声器前后的综合效果。而传递损失仅仅反映了消声器自身的特性, 和声源、末端负载等因素无关。 ? 70 4、消声器空气动力性能的评价 ? 经常采用的消声器空气动力性能评价量是消声器 的总压损失 ,它定义为消声器上游的总压平均值和下 游的总压平均值的差值: 当消声器管道的进口和出口 面积相等,且温度或空气密度沿消声器没有显著变化 时,总压损失等于静压差 ,当消声器的进口与出口面 积不相等,且温度变化不显著时,静压差与总压损失 的关系如下: ? 消声器的压力损失主要由摩擦力损失和局部压力 损失组成。摩擦力损失主要决定于气流速度和消声器 管壁的粗糙度。 71 ? 消声器大致分为3 类:阻性消声器、抗性消声器和排空消声 器。其中,阻性消声器是利用设置在管道内的吸声材料或吸声 结构使沿管道传播的噪声不断地被吸收,从而达到消声的目的。 由于阻性消声器的阻力较小,各类风机噪声多以中、高频为主, 含低频成分少,而阻性消声器恰对中高频噪声具有较好的消声 效果,所以选用阻性消声器。 现有的阻性消声器包括直管式、复合式、片式、盘式和折 板式等几种方式,其中片式消声器具有消声量大,阻力较小, 导流效果和安装灵活的特点,因此选择在风机出口处安装片式 消声器。同时,考虑到噪声特点,在设计时特别选用了宽频吸 声材料。 ? 72 手枪的消声方法有很多。的声音主要来自子弹出 堂,空气冲出枪口是巨大的压力 对外面的空气引起的 冲击震动。 消声器是安装在空气动力设备(如鼓风机、 空压机)的气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的 装置。消声器能够阻挡声波的传播,允许气流通过, 是控制噪声的有效工具。 消声器的种类很多,但究其消声机理,又可以把它 们分为六种主要的类型,即阻性消声器、抗性消声器、 阻抗复合式消声器、微孔板消声器、小孔消声器和有 源消声器 。 73 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气 流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列,就构成了阻性消声器。当声波 进入阻性消声器时,一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉, 使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路,吸声材料 类似于电阻。因此,人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高 频消声效果好、对低频消声效果较差。 抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的,好象是一个声学滤波器, 与电学滤波器相似,每一个带管的小室是滤波器的一个网孔,管中的空气质量 相当于电学上的电感和电阻,称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电 学上的电容,称为声顺。与电学滤波器类似,每一个带管的小室都有自己的固 有频率。 当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时,只有在第一个网孔固有 频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口,而另外一些频率 的声波则不可能通过网孔.只能在小室中来回反射,因此,我们称这种对声波 有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进行组合.就可以滤掉某 些频率成分的噪声,从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中 、低频噪 声。 把阻性结构和抗性结构按照一定的方式组合起来,就构成了阻抗复合式消 声器。微穿孔板消声器一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板制作,在薄板上用 孔径小于1mm 的钻头穿孔,穿孔率为1%一3%。选择不同的穿孔率和板厚不同 的腔深,就可以控制消 声器的频谱性能,使其在需要的频率范围内获得良好的 消声效果。小孔消声器的结构是一根末端封闭的直管,管壁上钻有很多小孔。 小孔消声器的原理是以喷气噪声的频谱为依据的,如果保持喷口的总面积不变 74 而用很多小喷口来代替,当气流经过小孔时、喷气噪声的频谱就会移向高频或 超高频,使频谱中的可听声成分明 显降低,从而减少对人的干扰和伤害 通俗一点讲,消音器的结构结构有多种,有的是由十几个 消音碗连接而成,消音碗好似无底的小碗装在消音器内,当 高压气体从枪口喷出,遇到第一个消音碗,气流便在这里膨 胀一次,消耗一部分能量。经过若干次膨胀后,这高压气体 到达消音器的出口时,其压力、速度和密度,已降到和外界 空气差不多了。 75 76 有的是在筒内装有卷紧的消音丝网,枪口喷出的高 压气体进入消音丝网,大部分能量就地被其消耗掉。 有的将消音器的前端采用橡皮密封,弹头由枪口射出, 穿过橡皮,橡皮很快收缩,阻止气体外流。有的是在 消音器的出口处安装有像照相机快门一样的机械装置, 靠火药气体作用自动打开,将子弹放跑后迅速关闭。 还有的消声器后半部套住的枪管上,开有一些细小的 排气孔,放出枪膛内的一部分火药气体,减少枪口处 气体压力与速度。 77 枪的声音主要来自子弹出堂,空气冲出枪 口是巨大的压力 对外面的空气引起的冲击震 动。 消声器是安装在空气动力设备(如鼓风机、 空压机)的气流通道上或进、排气系统中的降 低噪声的装置。消声器能够阻挡声波的传播, 允许气流通过,是控制噪声的有效工具。 ? 78 79 汽油供给装置 80 六、排气消声器 功用: 减少噪声和消除废气中的火焰及火星。 原理: 1)多次地变动气流方向; 2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面; 3)将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动 隔板 4)将气流冷却。 多孔管 外壳 81 二是消声。如把消声器安装在空气动力设备的气流通道 上,就可以降低这种设备的噪声。消声器的形式很多, 大体可分为三类:阳性消声器、抗性消声器、阻抗复合 消声器。只要设计得当,同时又与隔声、隔震相结合, 效果是很好的。比如,在鼓风机上安装消声器,噪声可 由127分贝降到72分贝。 三是隔声。用一定的材料、结构和装置将声源封闭,以 达到控制噪声的目的。典型的隔声措施是严密无空隙隔 声罩、隔声间、隔声层等。 82 83 消声设计适用于降低空气动力机械(通风机、 鼓风机、压缩机、燃气轮机、内燃机以及各类排 气放空装置等)辐射的空气动力性噪声。 消声器是阻止声音传播而允许气流通 过的一种器件,是消除空气动力性噪声的 重要措施。 消声器是安装在空气动力设备(如鼓风 机、空压机)的气流通道上或进、排气系统 中的降低噪声的装置。消声器能够阻挡声 波的传播,允许气流通过,是控制噪声的 有效工具。 84 ? 采用消声器降低噪声是主要噪声控制措施之一,对于大多数以气 流噪声为主要噪声源的设备和以气流通道为主要噪声传播途径的 场所,消声器往往是有效的控制措施。消声器是控制气流噪声的 有效装置,它在允许气流通过的同时,又减弱了噪声的传播和辐 射。 (4)消声器——只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道 传播的噪声,可降低20~40dB 。主要有阻性、抗性及复合性 消声器等。 消声器是利用声的吸收、反射、干涉等原理,降低通风与空调系统 中气流噪声的装置。根据消声原理的不同可以分为阻性、抗性、 共振型和复合型等。 85 工业风机消声器 风机消音器 消声器可以“吃”掉讨厌的气流噪声,它是一种阻止声音传播而又允许 气流通过的装置。汽车尾部吐烟的地方,就有个粗管子式的消声器。 找一把哨子,再卷个纸筒,纸筒里放些泡沫塑料,把哨子放在里边。吹 哨子吧!你会听到,哨子的声音变小了,气流仍可通过。用竖笛做这个 实验,效果更好。 这就是一种最简单、最基本的消声器,叫管式阻性消声器。声波进入消 声器之后,吸声材料就把声能转化成为热能了。 消声器的种类很多,还有抗性的、共振式的等等,在各种空气动力机器 中起着消声作用。我国科学家近年来发明了微穿孔板消声器和小孔消声 86 器,不仅消声效果好,而且不怕油,不怕水。 消声:(吸声的另一种表现)把吸声材料放 在气流通道上,消除空气动力性噪声。 消声室 微穿孔板消声器 电厂小孔消声器 87 ? 消声器总的阻力损失等于摩擦阻力损失和局 部阻力损失之和。即 ?H=?H?+?H? ? 一般来说,在阻性消声器中以摩擦阻力损失为主,在抗 性消声器中以局部阻力损失为主。 ? 无论是摩擦阻力损失还是局部阻力损失,其阻力损失的 大小均与气流速度的平方成正比。也即使说当气流速度 增加时,阻力损失的增加要比气流速度的增加要快得多。 因此设计消声器时,无论时从声学性能考虑,还是从气 动性能考虑,都以采用较低的流速为宜。 89 阻性消声器是利用吸声材料消声的。把吸声材料固定在气流 流动的管道内壁,或者把它按一定方式在管道内排列组合, 就构成阻性消声器。 当声波进入阻性消声器,一部分声能被 吸声材料吸收,就起到消声作用。 阻性消声器是一种能量吸收性消声器,通过在气流通过的途 径上固定多孔性吸声材料,利用多孔吸声材料对声波的摩擦 和阻尼作用将声能量转化为热能,达到消声的目的。 ? 阻性消声器的消声原理与多孔性吸声材料相似:在气流 通道管壁衬以吸声材料,利用声波在多孔性吸声材料中 传播时通过摩擦将声热转化为热能。 ? 阻性消声器一种吸收型消声器,因雷同于电阻对电源功 率的损耗得名。阻性消声器对中、高频噪声的消声性能 较好,对低频较差。 ? 阻性消声器又分为:直管式消声器、片式消声器、蜂窝 90 式消声器、折板式消声器。 一、阻性消声器 阻性消声器利用吸声材料的吸声作用而消声的。其构造是把 吸声材料固定在气流流动的管道内壁,或按一定方式排列在 管道或壳体内构成阻性消声器, 吸声材料能够把入射在其 上的声能部分地吸收掉。声能之所以能被吸收,是由于吸声 材料的多孔性和松散性。当声波进入孔隙,引起孔隙中的空 气和材料产生微小的振动,由于摩擦和粘滞阻力.使相当一 部分声能化为热能而被吸收掉。 它对于高频和中频噪声效果较好,但对低频噪声消声性能较 差。 1.管式消声器 管式消声器是一种最简单的消声器,它仅在管壁内周贴上一 层吸声材料,故又称“管衬”。特点是制作方便,阻力小, 但只适用于较小的风道,直径一般不大于400mm风管。管 式消声器仅对中、高频率吸声有一定的消声作用.对低频性 能很差。 91 按照气流通道的几何形状阻性消声器分为:直管式、片式、蜂窝式、迷 宫式、折板式、弯头式和室式等。 92 ? 抗性消声器 ? 抗性消声器是根据声学滤波原理制造,可以显著地消 除某些频段的噪声。主要上依靠管道截面的突变或旁 接共振腔等在传播过程中引起阻抗的改变而产生声能 的反射、干涉,从而降低由消声器向外辐射的声能。 ? 其种类有:扩张室式、共振腔式、插入管式、干涉式、 穿孔板式等。 ? 其优点是具有良好的低、中频消声性能,结构简单、 耐高温、耐气体腐蚀。缺点是消声频带窄,对高频消 声效果差。 93 汽车排气系统 94 二、共振型消声器 吸声材料通常对低频噪声的吸收能力很低,单靠增加吸声材 料的厚度来提高吸声效果并不经济,为了改善低频噪声的吸声 效果,通常采用共振型消声器。共振型消声器的形式是利用管 道开孔与共振腔相连接,利用小孔处的空气柱和空腔内的空气 构成了弹性共振系统,当外界噪声频率和此共振系统的固有频 率相同时,小孔中的空气柱发生共振并与孔壁发生剧烈摩擦, 摩擦可以消耗声能,从而达到消声的目的。 这种消声器具有较强的频率选择性,即有效的频率范围很 窄,一般对于低频消声可以产生较大的衰减。其气流阻力小, 但因有共振腔而使结构偏大。 95 三、抗性消声器 抗性消声器由管和小室相连而成,该消声器使利用风管截 面的突然改变而使声波向声源方向反射回去而起到消声作用。 该消声器对中、低噪声有较好的消声效果,结构简单,由于不 使用吸声材料,因而不受高温和腐蚀性气体的影响。消除低频 噪声有一定效果。 为了保证一定的消声效果,消声器的膨胀比(大、小断面 积之比)应大于4。因此,在机房的建筑空间较小的场合应用 受限。 97 99 ? 板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔径小于1.0毫米的微 孔,穿孔率在1~5%之间,后部留有一定的厚度(5~ 20cm)的空气层,空腔内不填任何吸声材料,这样即 构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板 结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声 阻的共振吸声结构,其性能介于多孔吸声材料和共振 吸声结构之间,其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板 共振吸声结构。 ? 微穿孔板声学结构在消声技术领域也早有十分广泛的 应用,利用微穿孔板声学结构设计制造的微穿孔板消 声器种类繁多,最简单的是直管式消声器,而多数是 阻抗复合式消声器。微穿孔板消声器用金属穿孔薄板 制成,常见的微穿孔板可用钢板(管)、不锈钢板(管)、 合金板(管)等材料制做,由于微穿孔板后的空气层内 可填装多孔性岩棉材料,即利用吸声材料的阻性吸声 原理,进一步达到降噪消声目的.其吸声系数高,吸收 频带宽,压力损失很小,气流再生噪声低,且易于控 制。 100 10.5 微穿孔板消声器 四、复合型消声器 复合型消声器集中了阻性和膨胀型消声器的优点,对低频到 高频区噪声均具有良好的消声效果。其结构形式如图14.5所示。 如1.2m长的复合型消声器的低频消声量可达10~20dB,此外 对于不能使用纤维吸声材料的空调系统(如净化空调工程),用 金属(铝等)结构的微穿孔板消声器可获得良好的效果。 五、其他类型的消声器 除了上面所讨论的消声器的类型外,在实际工程中,把一些 风管构件进行适当处理,也可以起到消除噪声的作用。此外, 它们还具有节省建筑空间的优点。常用的这类消声器构件有: 101 1.消声弯头 当因机房面积狭小或需对原有建筑改善消声效果时,可采用 消声弯头。消声弯头有两种,如图14.7所示。普通消声弯头是 利用贴在内侧的吸声材料消声。通常是把弯头内缘做成圆弧, 外缘粘贴吸声材料,吸声材料的长度应不小于弯头宽度的4倍。 另一种消声弯头称为共振型消声弯头,其外缘采用穿孔板、吸 声材料和空腔,利用共振吸声结构来改善普通消声弯头对低频 噪声消声效果较差的问题。 2.消声静压箱 在风机出口或空气分布器前设置内贴有吸声材料的静压箱, 既可以稳定气流,又可以消声。消声静压箱的消声量与吸声材 料的性能、箱内贴吸声材料的面积、以及出口侧风管的面积等 因素有关。消声静压箱还可以兼作分风静压箱。 103 14.2.2 消声器的应用 消声器的应用注意事项: 1.当空调系统所需消声量确定后,可根据具体情况选择消声器 的形式。选择时除考虑消声量之外,还要从其他方面进行比较 和评价,如系统允许的阻力损失;安装条件;造价的高低;消 声器的防火、防尘、防霉、防蛀性能等。 2. .消声器一般设置在通风机房和空调机房之间的管道中。消声 器宜放在机房外,如必须经过机房时,消声器的外壳及连接部 分应做好隔声处理。 3消声器不宜设置在室外,以免外面的噪声穿入消声后的管段, 对可能有外部噪声穿透的管段,应对风管的隔声能力进行验证。 4.消声器应设于风管系统中气流平稳的管段上,当风管内风速 小于8m/s时,消声器应接近通风机的主风管上;当大于8m/s时, 宜分别装在各分支管上。 104 5.当一个风系统带多个房间,如对噪声要求较高时,宜在每个 房间的送、回风支管上进行消声处理,以防房间串声。声学要 求较高的房间宜独立设置空调系统。当一根风管输送空气到多 个房间时,为防止房间之间的“串声”可按图14.9中(b) ~(e)所 示方案防治。 6.空调通过消声器时的流速不宜超过下列数值: 阻性消声器 5~10m/s;共振型消声器 5 m/s; 消声弯头 6~8m/s 。 消声器主要用于降低空气动力噪声,对于机器产生的振动而 引起的噪声则应用减振措施来解决。 105 消声器种类 消声器的种类很多,但究其消声机理,又可以 把它们分为六种主要的类型,即阻性消声器、 抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消 声器、小孔消声器和有源消声器。 6、根据消声器的消声机理和应用的对象,基本可以分成:阻性消声器、抗 性消声器、微穿孔板消声器和扩散消声器等。 阻性消声器是利用多孔性吸声材料来实现消声,它的特点是中、高频 消声特性好,加工制造简单,应用范围广。 抗性消声器是通过管道系统的声阻抗不匹配,反射声波,实现消声。 特点是低、中频消声效果好,对消声频率选择性强,适于消除窄带噪声, 也可用于脉冲性气流噪声的消除。 微穿孔板消声器主要通过微穿孔板吸声结构来实现消声。如果设计合 理,这种消声器可以实现宽频带消声和较低的阻损。 扩散消声器的特点也是宽频带的消声特性。 其他类型的消声器还有喷雾消声器、有源消声器等。。 106 ? 1、 消声器的分类和特征 ? 根据其消声机理和应用的对象,基本可以分成:阻性消声器、 抗性消声器、微穿孔板消声器和扩散消声器等。 ? 阻性消声器是利用多孔性吸声材料来实现消声,它的特点是 中、高频消声特性好,加工制造简单。 ? 抗性消声器是通过管道系统的声阻抗不匹配,反射声波,实 现消声。 ? 微穿孔板消声器主要通过微穿孔板吸声结构来实现消声。如 果设计合理,这种消声器可以实现宽频带消声和较低的阻损。 ? 扩散消声器的特点也是宽频带的消声特性。 ? 其他类型的消声器还有喷雾消声器、有源消声器等。 107 阻性消声器 阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。风机消声器的布局道理特质分类以及利用限度,把吸声材料固定在 气流通道的内壁上,或使之按一定的方式排列在管道中,就构成了阻性消声 器。当声波进入消声器后,由于摩擦力和粘滞阻力的作用,部分声能转化为 热能散失,起到了消声作用。阻性消声器结构简单,能较好地消除中、高频 噪声,但不适合在高温、高湿环境中使用,对低频噪声消声效果也较差。在 实际应用中被广泛用于消除风机、燃气轮机等的进气噪声。 常见阻性消声器的结构形式有直管式、折板式、片式、蜂窝式、迷宫式、 声流式、盘式及室式等。 108 抗性消声器 抗性消声器不使用吸声材料,它是利用管道截面的突变或旁接共振腔,使 声波发生反射或干涉,从而使部分声波不再沿管道继续传播、达到消声的目的。 抗性消声器耐高温、耐气流冲击,适用于消除中低频噪声,实际应用中常 用于消除空压机、内燃机和汽车排气噪声。常用的抗性消声器主要有扩张室 (也叫膨胀室)消声器和共振腔消声器。 扩张室消声器的基本结构是扩张室和接管的组合 109 复式消声器 阻性消声器在中高频范围内有较好的效果,而抗性消声器可以有效地 降低中低频噪声。两者结合起来组成阻抗复合消声器,便可在较宽的频率 范围内获得良好的消声效果。 新型消声器 新型消声器中常见的有微孔板消声器 微孔板消声器是我国研制的一 种新型消声器。在厚度小于1mm的金属薄板上钻有许多孔径为0.5~1.0mm 的微孔,将其顺着气流方向放置在容器或管路内,并在微孔板后面留有一 定深度的腔室,就构成了微孔板消声器 110 抗性消声器 ? 是由突变界面的管和室组合而成的,好象是一个声学滤波器,与 电学滤波器相似,每一个带管的小室是滤波器的一个网孔,管中 的空气质量相当于电学上的电感和电阻,称为声质量和声阻。小 室中的空气体积相当于电学上的电容,称为声顺。与电学滤波器 类似,每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频 率成分的声波进入第一个短管时,只有在第一个网孔固有频率附 近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口,而另外一 些频率的声波则不可能通过网孔.只能在小室中来回反射,因此, 我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的 管和室进行组合.就可以滤掉某些频率成分的噪声,从而达到消 声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。 111 有源消声器 基本原理是在原来的声场中,利用电 子设备再产生一个与原来的声压大小相 等、相位相反的声波,使其在一定范围 内与原来的声场相抵消。这种消声器是 一套仪器装置,主要由传声器、放大器、 相移装置、功率放大器和扬声器等组成。 112 阻性消声器 ? 主要是利用 多 孔吸声材料来降低噪声的。把 吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定 方式在管道中排列,就构成了阻性消声器。当 声波进入阻性消声器时,一部分声能在多孔材 料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使通过 消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上 的纯电阻电路,吸声材料类似于电阻。因此, 人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消 声器对中高频消声效果好、对低频消声效果较 差。 113 114 气动马达消音器 115 阻抗复合式消声器: 阻性-扩张室复合消声器 116 小孔消声器 其结构是一根末端封闭的直管,管壁 上钻有很多小孔。小孔消声器的原理是 以喷气噪声的频谱为依据的,如果保持 喷口的总面积不变而用很多小喷口来代 替,当气流经过小孔时、喷气噪声的频 谱就会移向高频或超高频,使频谱中的 可听声成分明显降低,从而减少对人的 干扰和伤害。 117 l1 l1 / 2 l1 / 4 l2 l2 / 2 l2 / 4 118 1 1 2 2 ?L ? 10lg[1 ? ( s21 ? ) sin kl] 4 s21 kl ? ( 2n ? 1) ,即 l ? (2n ? 1) 时, 2 (kl) ? 1 sin (1) 当 4 2 ? ? 扩张室消声量达到最大值,消声量由下式计算: 1 1 2 ?L ? 10lg[1 ? ( s21 ? ) ] 4 s21 消声量达到最大时的相应频率: f max ? kl ? n? ,即 l ? n 2 时,sin 2 (kl) ? 0,消声 (2)当 量 ?L ? 0 ,表明有些声波可以无衰减地通过消 c ? (2n ? 1) 4l 声器,这是单节消声器的主要缺点所在。 消声器的通过频率为:f min c ?n 2l 119

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