第四章-消声课件.ppt

消声器是一种控制气流沿管道传播的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，它是降低响或减少影响气流的通过，它是降低空气动空气动力性力性噪声的主要技术措施，主要安装在噪声的主要技术措施，主要安装在风机风机进出口和排气口，以及通风换气的地方。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、消声器工作原理一、消声器工作原理1 1）阻性消声器）阻性消声器消声原理消声原理：利用：利用吸声材料吸声材料消声。把吸声材料消声。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，就构成了阻式在管道中排列起来，就构成了阻性消声器，性消声器，与电学类比，吸声材料与电学类比，吸声材料就相当于电阻就相当于电阻，故称阻性消声器。，故称阻性消声器。第一节第一节 消声原理消声原理阻性消声器的声衰减量阻性消声器的声衰减量lSLP0R其中：其中：P P消声器气流通道断面周长，消声器气流通道断面周长，m m S S消声器的气流通道截面积，消声器的气流通道截面积，m m2 2 l l消声器的有效长度，消声器的有效长度，m m (a (a0 0) )与材料的吸声系数有关的消声系数与材料的吸声系数有关的消声系数H.J. H.J. 赛宾赛宾经验公式经验公式： lSLP03. 14 . 1R降噪量与材料吸声降噪量与材料吸声性能和周长性能和周长/ /截面截面比有关。比有关。理论计算公式：理论计算公式：高频失效频率高频失效频率（即消声性能下降的频率）（即消声性能下降的频率）Dcf85. 1上基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接触减少触减少。其中：其中：D D消声通道消声通道截面平均边长截面平均边长（当量直（当量直径），径），m m圆形管道为直径；矩形管道为边长平均圆形管道为直径；矩形管道为边长平均值，其他管道取面积的开方值。值，其他管道取面积的开方值。当频率每增加一个倍频带，其当频率每增加一个倍频带，其消声量消声量约下降约下降1/31/3，其经验估算公式为：其经验估算公式为：RNR33其中：其中：RR高于失效频率的某倍频带的消声量；高于失效频率的某倍频带的消声量； R R失效频率处的消声量（作为失效频率处的消声量（作为参考值参考值）；）； N N高于失效频率的倍频程频带数高于失效频率的倍频程频带数。例例1 1、选用同一种吸声材料（、选用同一种吸声材料（平均吸声系数平均吸声系数为为0.460.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m2m，管道有效截面积管道有效截面积1500cm1500cm2 2。当截面形状分别为。当截面形状分别为圆形、正方形和圆形、正方形和1 1：5 5矩形时，试问哪种截面矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？形状的声音衰减量最大？哪种最小？解：解：由公式：由公式：因为管道的因为管道的有效直径有效直径为：为：则管道则管道断面有效周长断面有效周长为：为： lSLP03. 14 . 1RmcmSD437. 071.43414. 315004mD372. 1437. 014. 3P1 1）当管道为当管道为圆形圆形时时dBL4 . 6215. 0372. 146. 003. 14 . 11R2 2）当管道截面为当管道截面为正方形正方形时时则管道则管道断面周长断面周长为为：dBL2 . 7215. 0549. 146. 003. 14 . 12R所以，所以，3 3）当管道截面为当管道截面为1 1：5 5矩形矩形时时则管道则管道断面长和宽断面长和宽分别为：分别为：m866. 0515. 05m173. 0515. 0则管道断面周长为：则管道断面周长为：m078. 2)866. 0173. 0(2P所以，所以，dBL6 . 9215. 0078. 246. 003. 14 . 13R因此，有：因此，有：LR3LR2 LR1即：即：管道截面为管道截面为矩形矩形的声音衰减量最大，截面为的声音衰减量最大，截面为圆圆形形管道声音衰减量最小。管道声音衰减量最小。v某排气管道所产生的噪声达到某排气管道所产生的噪声达到120120分贝，需要分贝，需要进行消声处理。若要求处理后的噪声低于进行消声处理。若要求处理后的噪声低于8585分贝，所需要材料的吸声系数为分贝，所需要材料的吸声系数为0.80.8，计算所，计算所需要的消声器长度？并求对应的上限失效频需要的消声器长度？并求对应的上限失效频率率f f上。（消声器通道直径）上。（消声器通道直径）( ) 0.40.50.60.70.80.91.00.550.70.91.01.21.51.5( )PlLS 6.254 ( )Ldlm 1.8115.2cfHzd上由2 2）抗性消声器）抗性消声器消声原理消声原理：通过：通过控制声抗的大小控制声抗的大小来进行消声来进行消声的。与阻性消声器不同，它的。与阻性消声器不同，它不使用吸声不使用吸声材料材料而是在管道上接截面积突变的管段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某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生生反射、干涉反射、干涉等现象，从而在消声器的等现象，从而在消声器的外侧，达到了消声的目的。外侧，达到了消声的目的。v声抗声抗: :声阻抗的实部叫声阻，声阻抗的虚部叫声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部分能量不对外辐射声能. .v声阻声阻: :表示能量的表示能量的“损耗损耗”，这个损耗表示声能，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。外辐射的过程。v声桥声桥: :双层墙两墙之间若存在刚性连接称为存在双层墙两墙之间若存在刚性连接称为存在声桥。声桥。3 3）阻抗复合式消声器）阻抗复合式消声器消声原理：把阻性与抗性两种消声原理消声原理：把阻性与抗性两种消声原理通过适当结构通过适当结构复合复合起来而构成的。可起来而构成的。可定定性性地认为阻性和抗性在同一频带的消声地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的值的叠加叠加（并非简单的叠加关系）。并非简单的叠加关系）。二、消声性能参数二、消声性能参数1 1）插入损失插入损失（L LILIL）即系统中插入消声器前后在系统外即系统中插入消声器前后在系统外某点某点测得测得的的声功率级声功率级之差之差。2 2）传声损失传声损失（TLTL）即消声器进出口端即消声器进出口端声功率级声功率级之差。之差。3 3）减噪量（）减噪量（L LNRNR）即消声器进出口端测得的即消声器进出口端测得的平均声压级平均声压级之差。之差。4 4）衰减量衰减量（L LA A）即消声器即消声器内部两点间内部两点间的声压级的差值，通常的声压级的差值，通常用消声器的单位长度的衰减量（用消声器的单位长度的衰减量（dB/mdB/m）来表）来表征消声器内征消声器内声传播特性声传播特性。第二节第二节 消声器消声器一一 、消声器的性能评价、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13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对一个好的消声器要有五个方面的基本要求1 1）在）在消声性能消声性能上的要求。要求具有上的要求。要求具有较高的消较高的消声值声值和和较宽的消声频率较宽的消声频率，也就是说要在所需，也就是说要在所需要的消声频率范围有足够大的消声量；要的消声频率范围有足够大的消声量；2 2）空气动力性能空气动力性能上的要求。消声器对上的要求。消声器对气流的气流的阻力阻力要小，安装消声器后所增加的要小，安装消声器后所增加的阻力损失阻力损失要控制在实际容许的范围内；要控制在实际容许的范围内；3 3）机械）机械结构性能结构性能上的要求。消声器的上的要求。消声器的体积体积要小，要小，重量重量要轻，要轻，结构结构简单，便于简单，便于加工加工，安装和维修；，安装和维修；4 4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的需要，需要，美观大方美观大方，表面装饰与设备相协调；，表面装饰与设备相协调；5 5）价格费用要求。）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长价格便宜，使用寿命长。二、阻性消声器二、阻性消声器包括的形式包括的形式：直管式、片式、直管式、片式、蜂窝式、蜂窝式、折板式、折板式、迷宫式、声流式迷宫式、声流式等。等。消声的频率特性消声的频率特性：具有：具有中、高频中、高频消声性能。消声性能。适用范围适用范围：消除风机、燃气轮机：消除风机、燃气轮机进气噪声进气噪声（即（即气体流速不大的情况）。气体流速不大的情况）。直管式阻性消声器直管式阻性消声器片式消声器片式消声器蜂窝式消声器蜂窝式消声器折板式消声器折板式消声器声流式阻性消声器声流式阻性消声器室式消声器室式消声器迷宫式消声器迷宫式消声器盘式消声器盘式消声器三、抗性消声器三、抗性消声器包括的形式包括的形式：扩张室式扩张室式、共振腔式共振腔式 、干干涉型涉型。消声的频率特性消声的频率特性：具有：具有低、中频低、中频消声性能。消声性能。适用范围适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（气噪声（较高气速的情况较高气速的情况）。）。一）一）扩张室消声器扩张室消声器（膨胀式消声器膨胀式消声器）消声原理消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或收缩）：声波在管道截面的突然扩张（或收缩）造成通道内造成通道内声阻抗突变声阻抗突变，使，使声波传播方声波传播方向向发生改变，在管道内发生发生改变，在管道内发生反射、干涉反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。等现象，从而达到消声的目的。单节扩张室单节扩张室消声器的消声量计算：消声器的消声量计算：klmmtTLI22sin1411lg101lg10其中：其中：12SSm 称为称为抗性消声器的扩张比抗性消声器的扩张比。单节扩张室消声器的消声量单节扩张室消声器的消声量2nCfmin扩张室消声器的截止频率扩张室消声器的截止频率DC22.1f 上单扩张室消声器结构及消声特性示意图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例：某柴油机进气口噪声125Hz有一明显峰值，有一明显峰值，进气口管径为进气口管径为150mm，管长，管长3m，气流速度，气流速度v=5m/s。试设计一个扩张室消声器安装在进。试设计一个扩张室消声器安装在进气口上，要求在气口上，要求在125Hz有有15dB的消声量。的消声量。二）共振腔消声器二）共振腔消声器1 1）消声原理：）消声原理： 该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的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，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。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实际工程中，一般单通道的截面直径不应超过不应超过250mm250mm，如果流量较大时则需要多，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长，孔心距应大于孔径的5 5倍。倍。VSd共振腔消声器对频率共振腔消声器对频率f的纯音消声量的纯音消声量四、阻抗复合式消声器四、阻抗复合式消声器 包括的形式包括的形式：阻扩型、阻共型、阻：阻扩型、阻共型、阻扩共型等。扩共型等。 消声的频率特性消声的频率特性：具有低、中、高频消：具有低、中、高频消声性能。声性能。 适用范围适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试：消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。车台噪声。1 1阻性阻性 2 2扩张室扩张室 3 3共振腔共振腔阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器阻性和共振腔复合及消声量阻性和共振腔复合及消声量阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器 第三节第三节 消声技术应用消声技术应用 v一）阻性消声器的设计步骤一）阻性消声器的设计步骤v确定消声量确定消声量v选定消声器的结构形式选定消声器的结构形式v正确选用吸声材料正确选用吸声材料v确定消声器的长度确定消声器的长度v选择吸声材料的护面结构选择吸声材料的护面结构v验算消声效果验算消声效果设置在圆管中的吸声层或吸声芯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各种流速下吸声护面材料v二）扩张室性消声器的设计步骤二）扩张室性消声器的设计步骤v根据所需要的消声频率特性，合理分布最大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消声频率，即合理设计各节扩张室的长度及插入管的长度。插入管的长度。v根据所需要的消声量，尽可能选取较小的扩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。张比，设计扩张室各部分截面尺寸。v验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止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。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三）共振消声器的设计步骤v根据要消除的主要频率和降噪量（倍频程或根据要消除的主要频率和降噪量（倍频程或1/3倍频倍频程），确定相应的程），确定相应的K值。值。v确定确定K值后，求出共振腔的体积和传导率值后，求出共振腔的体积和传导率G。v设计消声器的几何尺寸。对某一确定的设计消声器的几何尺寸。对某一确定的V值，可以值，可以有多种不同的几何形状和尺寸，对某一确定的有多种不同的几何形状和尺寸，对某一确定的G值值也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。例：在管径例：在管径200mm的常温气流通道上，设计一的常温气流通道上，设计一单腔共振消声器，要求在单腔共振消声器，要求在250Hz的倍频带上的倍频带上有有15dB 的消声量。的消声量。解解：根据题意，流通面积为根据题意，流通面积为 S=d12/4= 0.22/4=0.0314m2由由L=10lg（1+2K2）得）得15= 10lg（1+2K2） 求出求出K=3.9134G/V14. 32340250G/V2Cfr 0314. 02GV4S2GVKG=1.15mG=1.15mV=0.054mV=0.054m3 3 设计取与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为设计取与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径为200mm，外径为，外径为500mm，则共振腔的长度为：，则共振腔的长度为：m33.02 .05 .014.30.0544dd4VSVlSlV222122）（）（若选用若选用2mm的钢板，孔径为的钢板，孔径为0.5cm，则开孔率为，则开孔率为3484005.014.3 40.0053.140.0021.15S4dGtn4dtnSG20000）（可见，在所需的消声范围内，不会出现高频失效问题。可见，在所需的消声范围内，不会出现高频失效问题。验算：验算：f上上=1.8C/D=1.8340/0.5=1224Hz Hz250054.015.114.32CVG2Cfr消声器的选用消声器的选用1 1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自然环境）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）和声学环境条件等）2 2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及国家相）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）关声环境质量标准和噪声排放标准）3 3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通道结构；）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）根据降噪要求，决定消声器的长度）4 4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消声器的种类）种类）5 5）检验（验算消声频率范围）检验（验算消声频率范围）消声器的安装1 1） 明确风机噪声源的部位明确风机噪声源的部位2 2）选定在室内或室外安装消声器）选定在室内或室外安装消声器3 3）消声器在室外时，消声量可达到）消声器在室外时，消声量可达到20dB20dB（A A）以上；）以上；在室内时，若进气口消声器或出气口消声器安装的在室内时，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，即可以降低和机壳的噪声水平，即可以降低1015dB1015dB（A A）4)4)在安装消声器时，消声器到风机进口或出口的距离在安装消声器时，消声器到风机进口或出口的距离至少要大于管道直径的至少要大于管道直径的3434倍以上。倍以上。5 5）消声设备的机壳或管道辐射的噪声有可能传入消）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。声器后端，致使消声效果下降。6)6)为了提高消声效果，防止管道壁的辐射噪声，风为了提高消声效果，防止管道壁的辐射噪声，风管上要贴吸声材料。管上要贴吸声材料。7)7)消声器露天使用时应加防雨罩，作为进气消声使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。用时应加防尘罩，含粉尘的场合应加滤清器。8 8）进排气消声器，对通风机可互换使用，对鼓风机）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。和压缩机千万不可互换使用。9 9）消声器要定时进行检修，以保证消声器的效果。）消声器要定时进行检修，以保证消声器的效果。1010）对于风机消声器片间平均流量，通常可选为等）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。于风机管道流速。控制气流噪声的主要措施：控制气流噪声的主要措施：v按声源特性和消声器的消声量确定合适的按声源特性和消声器的消声量确定合适的气气流速度流速度；v选择合适的消声器结构，改善气流状态，减选择合适的消声器结构，改善气流状态，减少少湍流湍流发生。发生。 一般情况下，对于一般情况下，对于空调用消声器空调用消声器流速不应超过流速不应超过5 m/s，对对风机和空压机风机和空压机不应超过不应超过2030 m/s，对，对内燃机和内燃机和凿岩机凿岩机不应超过不应超过3050 m/s，对于，对于大流量的排气放大流量的排气放空消声器空消声器，流速可选在，流速可选在5080 m/s。 气流对阻性消声器性能的影响气流对阻性消声器性能的影响主要表现在两个方面：主要表现在两个方面：1 1）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高速气流）速气流）2 2）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声A A：顺流时（气流与声传播方向一致），由于气体流速在管道内：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；不均一，根据折射原理，声波向管壁弯曲，促进消声降噪；B B：逆流时（气流与声传播方向相反）：逆流时（气流与声传播方向相反） ，声波向管道中心弯曲，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。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。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在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式式为：为：fLLAAlg20lg6072lg60218其中：其中：L LA A气流再生噪声气流再生噪声 消声器内气流速度，消声器内气流速度，m/sm/s f f 倍频程的中心频率，倍频程的中心频率，HzHz 一个消声器具体应用到现场时，气流究竟对它的性能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；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。不同的结构，气流在管道中允许风速不同。