第九章消声器

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,*,环境噪声控制工程,消声器是一种既能允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。,一个合适的消声器，可以使气流声降低,20-40dB,消声器只能用来降低空气动力设备的,进排气口噪声,或,沿管道传播的噪声,，而不能降低，空气动力设备本身所辐射的噪声,。,Chapter 9,消声器,三个基本要求,正常工况下，在所要求的频率范围内，有足够大的消声量。,消声器对气流的阻力要小，阻力系数要低，不能影响空气动力设备的正常运行。,气流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低。,Chapter 9,消声器,9.1,消声器性能评价,9.2,消声器的分类和消声机理,9.3,消声设计,9.4,消声设计工程实例,9.1,消声器性能评价,9.1.1,声学性能,9.1.2,空气动力性能,9.1.3,结构性能,9.1.1,声学性能,1.,插入损失,2.,传声损失,3.,减噪量,4.,衰减量,1.,插入损失,插入损失：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。,1.,插入损失,L,Pi,：第,i,个频带的声压级,i,:,第,i,个频带的,A,计权修正量,Di:,第,i,个频带的插入损失,声场的情况保持不变,2.,传声损失,TL,传声损失：消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。,L,Pi,、,L,Pt,:,消声器进口端、出口端的声压级,K,i,、,K,t,:,入射、透射声背景修正量,S,i,、,S,t,:,消声器进口端、出口端的截,面积,3.,减噪量,减噪量：,消声器,进口,端面测得的平均声压级与,出口,端测得的平均声压级差。,4.,衰减量,衰减量：,消声器内部两点之间的声压级,的差值，,dB/m,。,9.1.2,空气动力学性能,阻力损失：,出口端流体静压比进口端降低的数值。,阻力损失,：,a.,局部阻力损失,简称阻损，,v,小截面上的气流平均速度,局部阻力系数，与消声器截面扩张比有关。,-,空气的密度,2.,阻力损失,：,2.,阻力损失,：,b.,沿程阻力损失,:,是由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产生的阻力损失。,l,管道长度,D,管道直径,沿程摩擦阻力系数,9.1.3,结构性能,材料坚固、耐用；,体积小、重量轻；,外形美观大方,结构简单、便于加工、使用、价格便宜。,9.2,消声器的分类和消声机理,消,声,器,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,扩散性消声器,扩张室消声器,共振腔消声器,干涉式消声器,无源消声器,有源消声器,小孔消声器,多孔扩散消声器,节流减压消声器,9.2.1,阻性消声器,1.,消声机理：,由一维理论导出,：,经验公式,：,:,消声器的消声系数,L,:,消声器断面周长,l:,消声器长度，,S,：消声器截,面积,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,A3,L,A2,L,A1,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。,高频失效频率,c:,声速,D,：消声通道的当量直径,圆形取直径,矩形取边长平均值,其他取面积的开方,高频失效频率,2.,阻性消声器的优缺点,优点：在较宽的中、高频范围内消声，特别是,对刺耳的高频声消声效果明显。,缺点：,在高温、高速、含水蒸汽、含尘、含油以及对吸声材料有腐蚀性的气体中寿命短，消声效果差；,对低频噪声消声效果不理想。,3.,常用阻性消声器的类型,1.,直管式,2.,片式,3.,蜂窝式,4.,折板式,5.,声流式,6.,室式,7.,迷宫式,8.,盘式,9.,弯头式,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.,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。,4.,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,。,5.,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。,6.,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.,迷宫式消声器,优点：可用于流量大、流速低，要求消声量高的情况。,缺点：气流速度不能过大，否则产生的阻力损失较大。,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.,弯头式,优点：结构简单、体积小，占地少，在通风空调工程中应用普遍,缺点：,三、气流对阻性消声器性能的影响,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）,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；,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。,三、气流对阻性消声器性能的影响,B:,马赫数,M:,气流速度,v,与声速,c,的比值,M=v/c,顺流,时（气流与声传播方向一致），,M,值为正,，消声系数变小，不利于消声降噪；,逆流时（气流与声传播方向相反） ，,M,值为负,，消声系数变小，促进消声降噪；,2,）气流再生噪声,气流在消声器内产生一种,附加噪声,，即,气流再生噪声,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,A,常数，与管衬结构，特别是表面结构有关,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,。,9.2.2,抗性消声器,抗性消声器与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，,仅依靠管道,截面的突变,或,旁接共振腔,等在声传播过程中引起,阻抗的改变,面产生声能的反射、干涉，从而降低由消声器向外辐射的声能,9.2.2,抗性消声器,优点：,不需要使用多孔吸声材料，耐高温、抗潮，流速较大，洁净要求较高的条件有优势。,对低频噪声有较好的效果,。,常用抗性消声器的类型,1,.,扩张室式消声器,2.,共振式消声器,3.,干涉式消声器,1.,扩张室式消声器,利用管道横断面的扩张和收缩引起的反射和干涉现象进行消声。,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,突变截面管道中声的传播,选择题,声波在突变截面管道中传播时与传播方向无关的系数为,.,( ),A,声压的反射系数；,B,声强的反射系数；,C,声强的透射系数,D,声功率的透射系数,1,.,扩张室式消声器,a.,消声量的计算：,消声器的传声损失：,1,.,扩张室式消声器,a.,消声量的计算：,1.,扩张室式消声器,消声器的传声损失,：,1.,扩张室式消声器,1.,扩张室式消声器,b.,改善消声特性的方法：,多节扩张室串联,1.,扩张室式消声器,b.,改善消声特性的方法：,在扩张室内插入内接管,消除半波长奇数倍完全通过的频率,消除半波长偶数倍完全通过的频率,1.,扩张室式消声器,c.,上、下限截止频率,：,系数与阻性消声器不同,扩张比不能太大,1.,扩张室式消声器,原理类似公式,7-21,2.,共振式消声器,利用共振吸声原理进行吸声。,课堂习题,例：某声源排气噪声在,125Hz,有一峰值，排气管直径,100mm,，扩张管长度为,2m,，设计一单节扩张式消声器，要求在,125Hz,处有,13dB,的传递损失。,2.,共振式消声器,2.,共振式消声器,a.,消声量的计算：,对频率为,f,的声波的消声量为：,2.,共振式消声器,工程上开多个孔，若孔心距,5d,，各孔间声辐射不干,涉时，,V,空腔体积,G,传导率（长度量纲）,2.,共振式消声器,2.,共振式消声器,某一频带内的消声量：,倍频带：,1/3,倍频带：,2.,共振式消声器,b.,改善消声性能的方法：,选定较大的,K,值；,增加声阻,:,共振腔填充吸声材料,使消声量下降的缓慢,多节共振腔串联,:,使共振频率错开,3.,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。,9.2.3,阻抗复合式消声器,9.2.3,阻抗复合式消声器,9.2.4,微穿孔板式消声器,9.2.5,扩散消声器,1.,小孔消声器 改善噪声频谱特性,f,p,=0.2v/D,v-,喷注速度，,D-,喷口直径,f,p,-,峰值频率,1.,小孔消声器,2,.,多孔扩散消声器,2.,多孔扩散消声器 降低气流速度,3.,节流减压消声器 分散压降,Lw=10lgS+80lgV-45,气流速度,V,，喷口面积,S,3.,节流减压消声器,9.3,消声设计,9.3.1,消声设计原则,9.3.2,消声设计程序,9.3.3,阻性消声器的设计,9.3.4,共振式消声器的设计,9.3.1,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。,噪声源,具体采取措施,低、中频为主（离心式通风机）,阻性或阻抗复合式消声器,带宽噪声源（高速旋转鼓风机、燃气轮机）,阻抗复合式消声器或微穿孔板消声器,脉动性低频噪声源（空气内燃机）,抗性消声器或微穿孔板消声器,高压、高速排气放空噪声（排气噪声）,小孔消声器,潮湿高温、油雾，有火焰空气动力设备,抗性消声器或微穿孔板消声器,9.3.1,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，是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，是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。,9.3.2,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,9.3.3,阻性消声器的设计,1.,阻性消声器的设计程序,a.,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,9.3.3,阻性消声器的设计,1.,阻性消声器的设计程序,b.,选择合适的吸声材料,c.,确定消声器的长度,d.,合理选择吸声材料的护面结构,e.,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,9.3.4,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：,9.3.4,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,;,9.3.4,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,9.3.4,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,课堂练习,在管径为,100mm,的常温气流管道上，设计一单腔共振消声器，要使其中,125Hz,的倍频程上有,15dB,的消声量。,