医学课件离心风机消声器设计

消声器设计,主要内容,1,消声器性能评价,2,消声器的分类和消声机理,3,阻性消声器,4,抗性消声器,5,其他消声器,6,消声设计,7,案例分析,1 消声器性能评价,安装在管道中或进、排气口上的消声器，能让气流通过，对噪声具有一定的消减作用，其性能主要包括：,声学性能、空气动力性能、结构性能,具体来讲，对一个好的消声器要有五方面的基本要求：,1）声学性能要求。具有高的消声值和宽的消声频率，即在所需要的消声频率范围有足够大的消声量；,2）空气动力性能要求。消声器的气流阻力小，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）机械结构性能要求。体积小，重量轻，结构简单，便于加工，安装和维修；,4）外形和装饰的要求。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。,1.1 声学性能评价,消声器声学性能评价量有插入损失(IL)、传声损失(TL)、减噪量(L,NR,)、衰减量(L,A,)。,1.插入损失(IL),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。在声场分布情况近似保持不变时，也可用指定测点上声压级差代替。,插入损失适合现场测量。它反映了声源、消声器及其末端声学特性的综合效果，不单纯代表消声器的效果。,1.1 声学性能评价,2.传声损失(TL),消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。,由于声功率不宜直接测量，一般通过声压求得。,传声损失仅反映消声器本身的特性，不受声源、管道及出口端的影响。,1.1 声学性能评价,3.减噪量(L,NR,),消声器进、出口端测得的平均声压级之差。,4.衰减量(LA),消声器内部两点之间的声压级之差。,通常用消声器单位长度上的衰减量来表征，dB/m。,1.2 空气动力性能,消声器的,空气动力性能,是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,摩擦阻力损失,和,局部阻力损失,两部分。,阻力系数,：消声器安装前后的全压差与全压之比。,阻力损失,：出口端流体静压比进口端降低的数值。,摩擦阻损,: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。,局部阻损,:是指气流通过在消声器截面突变处产生的阻力损失。,如扩展、收缩、转弯等。,1.3 结构性能,消声器,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。,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。,评价消声器的上述三个方面的性能，既互相联系又互相制约。从消声器的消声性能考虑，当然在所需频率范围内的消声量越大越好；但是同时必须考虑空气动力性能的要求。例如，汽车上的排气消声器如果阻损过大，会使功率损失增加，甚至影响车辆行驶。在兼顾消声器声学性能和空气动力性能的同时，还必须考虑结构性能的要求，不但要耐用，还应避免体积过大、安装困难等情况。在实际运用中，对这三方面的性能要求，应根据具体情况做具体分析，并有所侧重。,2 消声器的分类和消声机理,消声器类型很多，按其降噪原理主要有如下几种类型：,2.1,阻性消声器,2.2,抗性消声器,2.3,复合式消声器,2.4,微穿孔消声器,2.5,喷注型消声器,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,2 消声器的分类和消声机理,2.1 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。,包括的形式：,直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式,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）。,2.2 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，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。,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,中、低频,消声性能。,适用范围,：消除空压机、内燃机、汽车,排气噪声,（气体流速较高气速的情况）,2.3 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）。,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。,2.4 微穿孔板消声器,消声原理,：利用,微穿孔板吸声,结构制成的消声器。,包括的形式：,单层微穿孔板、双层微穿孔板,等。,消声的频率特性,：具有,低、中、高频,的,宽带,消声性能。,适用范围,：适于高温、潮湿，有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。,2.5 小孔喷注消声器,消声原理,：不是在声音发出后进行消除，而是从发生机理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比，如果喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频(,频移,)，于是低频噪声被降低，而高频噪声反而升高，如果孔径小到一定值时，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。,包括的形式：,小孔喷注型、降压扩容型、多孔扩散型、引射掺冷型,等。,消声的频率特性,：具有,低、中、高频,的,宽带,消声性能。,适用范围,：消除压力气体排放噪声，如锅炉排气、高炉放气、化工厂工艺气体放散。,3 阻性消声器,3.1 阻性消声器的声衰减量,理论计算公式：,其中：F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；,(,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。,3.1 阻性消声器的声衰减量,例：,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：1)当管道为圆形时，因为管道的有效直径为：,截面周长为:,声衰减为：,3.1 阻性消声器的声衰减量,2)当管道为正方形时，管道的截面周长为：,声衰减为：,3)当管道为1:5矩形，管道的截面长、宽分别为：,管道的截面周长为：,声衰减为：,因此，有：L,3,L,2,L,1,。,即：管道截面面积一定时，截面为,矩形管道,的声衰减量最大，截面为,圆形,管道的声衰减量最小。,3.2 阻性消声器的高频失效频率,在单通道直管消声器中，高频声随着通道面积的增大消声效果显著下降。由于频率超过一定的数值，不符合平面波传播规律，窄束传播的声波不与吸声材料接触，消声效果下降。,当声波波长小于通道截面尺寸一半时，消声效果下降，将这一频率称为,高频失效频率,。其经验公式：,式中：c声速ms,-1,；消声器通道截面当量边长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,)。,若ff,c,每增加一个倍频程，消声量下降1/3，其估算公式：,n高于f,c,的倍频程带数。将大风量粗管道应设计成多通道。,3.3 气流速度对阻性消声器的影响,主要表现在两个方面：,1)气流的存在引起了消声器内,声传播和声衰减,规律变化。,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减少，不利于消声降噪。,2)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。,3.3 气流速度对阻性消声器的影响,气流速度越高，气流,再生噪声,越大。,在直通管道消声器内气流,再生噪声,的,估算公式,为：,气流再生噪声通常是低频噪声，随着平的增高声级逐渐下降。气流再生噪声的,倍频程声压级公式,为：,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。,3.4 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,4 抗性消声器,抗性消声器具有,不需要使用多孔吸声材料,耐高温、抗潮,流速较大，洁净,对低频、窄带噪声有较好的效果。,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.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。,2.消声量计算：,(,单节,),其中m=S,2,/S,1,=S,2,/S,3,称为消声器扩张比，l,2,为扩张室长度。,3.,频率特性,：,当,当,4.1 扩张室消声器（膨胀式消声器）,4.改善消声特性的方法：,单节扩张室的主要缺点在kl=n处传声损失为零，即存在很多通过频率。解决的方法有,多节扩张室,串联：每节的通过频率不同，提高消声量。,插入内接管：扩张室两端个插入l/2和l/4的管分别消除n为奇数和偶数的通过频率。,4.1 扩张室消声器（膨胀式消声器）,5.上下限截止频率：,扩张室截面增大同样存在高频声波窄束传播失效，因此有上线频率：,对于低于某一频率的声波也将失去消声作用，存在下限频率：,1.消声原理：,利用共振吸声原理，在声波的作用下，管壁空气柱产生振动，振动时，气柱与腔口壁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。当系统固有频率与声波频率发生共振时，消耗声能最多，消声量最大。,2.消声量的计算：,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。当系统固有频率与声波频率发生共振时，消耗声能最多，消声量最大。,3.共振频率：,某一频带内的消声量：倍频程,1/3倍频程,4.2 共振式消声器,4.改善消声性能的方法：,选定较大的K 值；,增加声阻；,多节共振腔串联。,5.上限截止频率：,4.2 共振式消声器,1.消声原理：,借助于相干声波相互抵消作用，来达到消声目的。,2.分类：,无源(被动式)消声器和有源(主动式)消声器两类。,3.特点：,具有显著的频率选择性。,4.3 干涉式消声器,5 其他形式的消声器,5.1 阻抗复合式消声器,5.2 微穿孔板消声器,5.3 扩散消声器,6 消声器设计,6.1 消声器设计原则,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。,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。,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,6.2 消声