阻性消声器基础知识与选用
坐怀不乱的山楂
2022年10月24日 14:52:31
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消声器的消声量是评价其声学性能好坏的重要指标,但测量方法不同,所得消声量也不同。 静态消声量:当消声器内仅有声音(没有气流)通过时,所测量消声量。 动态消声量:当消声器内有声音和气流同时通过消声器时,测得的消声量。 消声器的分类: 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,因磨擦阻力和黏滞力将声能转化为热能而散发掉,从而达到消声的目的。与电学类比,吸声材料就相当于电阻,故称阻性消声器。

消声器的消声量是评价其声学性能好坏的重要指标,但测量方法不同,所得消声量也不同。

静态消声量:当消声器内仅有声音(没有气流)通过时,所测量消声量。

动态消声量:当消声器内有声音和气流同时通过消声器时,测得的消声量。

消声器的分类:



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,因磨擦阻力和黏滞力将声能转化为热能而散发掉,从而达到消声的目的。与电学类比,吸声材料就相当于电阻,故称阻性消声器。

消声的频率特性:具有良好的中、高频消声性能。

适用范围:消除风机、燃气轮机进、排气噪声(即气体流速不大的情况)。



降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。

1.直管式消声器:


特点:结构简单、气流直通,阻力损失小,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


消声衰减量与单通道直管式消声器计算公式相似;

结构:相当于多个单通道直管式消声器组成;

当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时,只要计算单个通道的消声量。

特点:中、高频消声效果好,阻力系数较小。

通常取消声片厚度为50-350mm,片间距离(通道宽度)取100-250mm。


3.折板式消声器


结构:将片式消声器中的直板改为折板,是片式消声器的变形。

原理:将直通道改为曲折通道,给定直线长度情形下,可增加声波在管道内的反射次数,即增加声波与吸声材料的接触机会,改善消声性能。提高消声量。

为了减小阻力损失,折角一般小于20°。

适用于高压风机或鼓风机的消声。

4.声流式消声器


结构:将折板式的折角变为平滑弧形板。

特点:可使气流通过流畅,阻力减小,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:结构复杂,加工难度大,造价较高。

5.蜂窝式消声器:


结构:若干个小型直管式消声器并联而成。

原理:小型管道的周长与截面积之比值L/S比直管式和片式大,所以消声量较高。

特点:小管的尺寸很小,使高频失效频率大大提高,改善了高频消声特性。

计算:一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。

由于构造复杂,阻力较大,通常用于风量较大的低流速场合。

6.弯头式消声器:


结构:在弯管壁面衬贴吸声材料,其形式有圆管弯头、矩形性弯头、圆弧形弯头和直角形弯头。

原理:弯头式消声器能改变管道内气流的方向。

特征参数:

弯头上衬贴吸声材料的长度,一般相当于管道截面尺寸的2-4倍。

弯头的插入损失大致与弯折角度成正比,如30°弯头的插入损失仅为90°弯头的1/3。

对于无规则入射,180°弯头的减噪量约为90弯头的1.5倍。

阻性消声器性能的影响因素:

控制气流噪声的主要措施,一是按声源特性和消声器的消声量确定合适的气流速度;二是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5m/s ;对风机和空压机不应超过20-30m/s;对内燃机和凿岩机不应超过30-50m/s,对于大流量的排气放空消声器,流速可选在50-80m/s左右。

根据18K116-4 XZW50型消声弯头选用与制作(选用分册)要求:


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1500cm2。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:



气流影响:

气流对消声器声学性能的影响,主要表现为:一是气流会引起声传播和衰减规律的变化;二是气流在消声器内产生“气流再生噪声”;三是气流通过消声器时总压会有一定程度的降低,称为气流的阻力损失。

(1)气流对声传播规律的影响

① 有气流时的消声系数公式:


② 折射的影响:


声波在阻性管道内传播,伴随气流,而气流方向与声波方向一致,则使声波衰减系数变小,反之,声波衰减系数变大。影响衰减系数的最主要因素使马赫数M=v/c,即气流流速与声速的比值。顺流和逆流相比,逆流对消声有利。但是实际中气流流速都不会太高,即使气流流速为30~40米/秒时M=0.1,对整个消声器的消声性能影响并不大,因此,一般可忽略不计。

另外,从气流速度引起声波传播折射的现象来看,消声器在排气管道和进气管道也表现不同。气流与声波方向一致时,能有效的吸声,相反时,对消声作用不利。但实际当中气流不是很大,所以,无论从哪一个角度来看,气流对声传播规律的影响都不是很明显的。


(2)气流再生噪声的影响

分析气流再生噪声主要有两点:一是气流经过消声器时,因结构复杂造成局部阻力和摩擦阻力而产生一系列湍流,相应地辐射一些噪声;二是气流激励消声器构件振动而辐射噪声。

(3)气流的压力损失

气流的总压损失与气流的流速平方成正比,并与通道的平直性,以及壁面的粗糙度等因素有关。包括摩擦压力损失、管道突扩处的局部阻力损失、管道突窄部的局部阻力损失、弯头的局部阻力损失。

阻性消声器的设计步骤:

⑴确定消声量;

⑵确定消声器的结构型式;

⑶选用合适吸声材料;

⑷决定消声器的长度;

⑸合理选择吸声材料的护面结构;

⑹机械结构设计;

⑺验算。

抗性消声器:

扩张式消声器:

消声原理:扩张室消声器又称膨胀室消声器,它是由管和室组成的。它是利用管道截面的扩张、收缩引起声反射和干涉消声的。


共振式消声器:

消声原理:小孔和空腔组成一个弹性振动系统,管壁的孔颈中空气柱类似活塞,它具有一定的质量。当声波传至颈口时,在声压作用下,空气柱做往复运动,便与孔壁产生摩擦;使声能转变成热能而消耗掉。当外来的声波频率与消声器弹性系统的固有频率相同时,便发生共振。在共振频率及其附近,空气振动速度达到最大值。同时,消耗的声能量多,消声量最大。


阻抗复合式消声器种类:

阻抗复合式消声器根据其构成形式的不同,可分为阻性-扩张室复合式消声器;阻性-共振腔复合式消声器等。



阻抗复合式消声器的应用:

某厂冲天炉使用的D36型罗茨80/1500鼓风机,消声器设计成阻-扩张室串联组成的复合式,如图所示。


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。


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,使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,使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。

消声设计程序:



例2: 某型号风机,风量为40m3/min,进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频谱如表所列。要求消声后在距进气口3m处达到NR90,试对进气口作阻性消声器设计。


解:⑴ 根据在进气口测得的噪声频谱(第1行)和NR90的降噪要求(第2行),可确定所需要的消声量(第3行)

⑵ 根据分机的风量和管径,可选用直管阻性消声器。消声器气流通道的截面周长与截面积之比(第4行)

⑶ 根据使用环境和噪声频谱,吸声材料选用密度为25kg/m3的超细玻璃丝棉,厚度取150mm。根据气流速度,吸声层护面采用一层玻璃布加一层穿孔板,板厚2mm,孔径6mm,孔间距11mm,这种吸声结构的吸声系数(第5行),查表得消声系数(第6行)

⑷ 计算各频带所需要的消声器长度(第7行)

⑸ 计算高频失效频率:

f=1.85C/D=1.85×340/0.2=3145Hz

关于18K116-4《XZW50型消声弯头选用与制作(选用分册)》要求:





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