消聲器分類及原理.ppt

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消聲器是一種在允許氣流通過的同時，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置。它主要用于機械設備的進、排氣管道或通風管道的噪聲控制。一個性能好的消聲器，可使氣流噪聲降低20～40dB（A）。但是，消聲器只能降低空氣動力設備的進排氣口噪聲或沿管道傳播的噪聲，不能降低空氣動力設備的機殼、管壁等輻射的噪聲。消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下三種類型：阻性消聲器、抗性消聲器和復合式消聲器。本章主要介紹阻性消聲器、抗性消聲器的消聲原理及設計，簡述其他消聲器的消聲原理、結構特點及適用的場合。,主要內容,1消聲器性能評價2消聲器的分類和消聲機理3阻性消聲器4抗性消聲器5其他消聲器6消聲設計7案例分析,1消聲器性能評價,安裝在管道中或進、排氣口上的消聲器，能讓氣流通過，對噪聲具有一定的消減作用，其性能主要包括：聲學性能、空氣動力性能、結構性能具體來講，對一個好的消聲器要有五方面的基本要求：1）聲學性能要求。具有高的消聲值和寬的消聲頻率，即在所需要的消聲頻率范圍有足夠大的消聲量；2）空氣動力性能要求。消聲器的氣流阻力小，安裝消聲器后所增加的阻力損失，要控制在實際容許的范圍內；3）機械結構性能要求。體積小，重量輕，結構簡單，便于加工，安裝和維修；4）外形和裝飾的要求。符合實際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設備相協(xié)調5）價格費用要求。價格便宜，使用壽命長。,1.1聲學性能評價,消聲器聲學性能評價量有插入損失(IL)、傳聲損失(TL)、減噪量(LNR)、衰減量(LA)。1.插入損失(IL)系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某點測得的聲功率級之差。在聲場分布情況近似保持不變時，也可用指定測點上聲壓級差代替。,插入損失適合現(xiàn)場測量。它反映了聲源、消聲器及其末端聲學特性的綜合效果，不單純代表消聲器的效果。,1.1聲學性能評價,2.傳聲損失(TL)消聲器進口端聲功率級與出口端聲功率級之差。由于聲功率不宜直接測量，一般通過聲壓求得。,傳聲損失僅反映消聲器本身的特性，不受聲源、管道及出口端的影響。,1.1聲學性能評價,3.減噪量(LNR)消聲器進、出口端測得的平均聲壓級之差。,4.衰減量(LA)消聲器內部兩點之間的聲壓級之差。通常用消聲器單位長度上的衰減量來表征，dB/m。,1.2空氣動力性能,消聲器的空氣動力性能是指消聲器對氣流阻力的大小。通常用阻力系數(shù)或阻力損失來表示，包括摩擦阻力損失和局部阻力損失兩部分。阻力系數(shù)：消聲器安裝前后的全壓差與全壓之比。阻力損失：出口端流體靜壓比進口端降低的數(shù)值。摩擦阻損:是由于氣流與消聲器各壁面之間的摩擦而產生的阻力損失。局部阻損:是指氣流通過在消聲器截面突變處產生的阻力損失。如擴展、收縮、轉彎等。,,,1.3結構性能,消聲器結構性能是指它的外形尺寸、堅固程度、維護要求、使用壽命等，它也是評價消聲器性能的一項指標。好的消聲器除應有好的聲學性能和空氣動力性能之外；還應該具有體積小、重量輕、結構簡單、造型美觀、加工方便、同時要堅固耐用、使用壽命長、維護簡單和造價便宜等特點。評價消聲器的上述三個方面的性能，既互相聯(lián)系又互相制約。從消聲器的消聲性能考慮，當然在所需頻率范圍內的消聲量越大越好；但是同時必須考慮空氣動力性能的要求。例如，汽車上的排氣消聲器如果阻損過大，會使功率損失增加，甚至影響車輛行駛。在兼顧消聲器聲學性能和空氣動力性能的同時，還必須考慮結構性能的要求，不但要耐用，還應避免體積過大、安裝困難等情況。在實際運用中，對這三方面的性能要求，應根據(jù)具體情況做具體分析，并有所側重。,,,2消聲器的分類和消聲機理,消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下幾種類型：2.1阻性消聲器2.2抗性消聲器2.3復合式消聲器2.4微穿孔消聲器2.5噴注型消聲器,2消聲器的分類和消聲機理,2消聲器的分類和消聲機理,2.1阻性消聲器,消聲原理：利用吸聲材料消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內壁或按一定的方式在管道中排列起來，就構成了阻性消聲器，與電學類比，吸聲材料就相當于電阻，故稱阻性消聲器。包括的形式：直管式、片式、折板式、聲流式、蜂窩式、彎頭式等。消聲的頻率特性：具有中、高頻消聲性能。適用范圍：消除風機、燃氣輪機進氣噪聲（即氣體流速不大的情況）。,2.2抗性消聲器,消聲原理：通過控制聲抗的大小來進行消聲的。與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料而是在管道上接截面積突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗的改變，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而在消聲器的外測，達到了消聲的目的。包括的形式：擴張室式、共振腔式、干涉型。消聲的頻率特性：具有中、低頻消聲性能。適用范圍：消除空壓機、內燃機、汽車排氣噪聲（氣體流速較高氣速的情況）,2.3阻抗復合式消聲器,消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當結構復合起來而構成的?？啥ㄐ缘卣J為阻性和抗性在同一頻帶的消聲值的疊加（并非簡單的疊加關系）。包括的形式：阻~擴型、阻~共型、阻~擴~共型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻消聲性能。適用范圍：消除鼓風機、大型風洞、試車臺噪聲。,2.4微穿孔板消聲器,消聲原理：利用微穿孔板吸聲結構制成的消聲器。包括的形式：單層微穿孔板、雙層微穿孔板等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。適用范圍：適于高溫、潮濕，有水、有油霧及特別清潔衛(wèi)生的場合。,2.5小孔噴注消聲器,消聲原理：不是在聲音發(fā)出后進行消除，而是從發(fā)生機理上使干擾噪聲減小。噴注噪聲值頻率與噴口直徑成反比，如果噴口直徑變小，噴口輻射的噪聲能量將從低頻移向高頻(頻移)，于是低頻噪聲被降低，而高頻噪聲反而升高，如果孔徑小到一定值時，噴注噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍。包括的形式：小孔噴注型、降壓擴容型、多孔擴散型、引射摻冷型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。適用范圍：消除壓力氣體排放噪聲，如鍋爐排氣、高爐放氣、化工廠工藝氣體放散。,3阻性消聲器,3.1阻性消聲器的聲衰減量,理論計算公式：其中：F－消聲器氣流通道斷面周長，m；S－消聲器的氣流通道截面積，m2；l－消聲器的有效長度，m；Ψ(α0)－與材料的吸聲系數(shù)有關的消聲系數(shù)。H.J.賽賓經驗公式：降噪量與材料吸聲性能和周長/截面比有關。,3.1阻性消聲器的聲衰減量,例：選用同一種吸聲材料(平均吸聲系數(shù)為0.46)襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m，管道有效截面積1500cm2。當截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最?。拷猓?)當管道為圓形時，因為管道的有效直徑為：截面周長為:聲衰減為：,3.1阻性消聲器的聲衰減量,2)當管道為正方形時，管道的截面周長為：聲衰減為：3)當管道為1:5矩形，管道的截面長、寬分別為：管道的截面周長為：聲衰減為：因此，有：ΔL3＞ΔL2＞ΔL1。即：管道截面面積一定時，截面為矩形管道的聲衰減量最大，截面為圓形管道的聲衰減量最小。,3.2阻性消聲器的高頻失效頻率,在單通道直管消聲器中，高頻聲隨著通道面積的增大消聲效果顯著下降。由于頻率超過一定的數(shù)值，不符合平面波傳播規(guī)律，窄束傳播的聲波不與吸聲材料接觸，消聲效果下降。當聲波波長小于通道截面尺寸一半時，消聲效果下降，將這一頻率稱為高頻失效頻率。其經驗公式：式中：c－聲速ms-1；－消聲器通道截面當量邊長m(圓形管道為直徑；矩形管道為邊長平均值，其他管道取面積的開方值)。若f>fc,每增加一個倍頻程，消聲量下降1/3，其估算公式：n高于fc的倍頻程帶數(shù)。將大風量粗管道應設計成多通道。,3.3氣流速度對阻性消聲器的影響,主要表現(xiàn)在兩個方面：1)氣流的存在引起了消聲器內聲傳播和聲衰減規(guī)律變化。A)順流時(氣流與聲傳播方向一致)，由于氣體流速在管道內不均一，根據(jù)折射原理，聲波向管壁彎曲，促進消聲降噪；B)逆流時(氣流與聲傳播方向相反)，聲波向管道中心彎曲，導致聲波與吸聲材料接觸減少，不利于消聲降噪。2)氣流在消聲器內產生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲。氣流經過消聲器通道時，因局部阻力或摩擦阻力而產生湍流，相應輻射一些噪聲；氣流激發(fā)消聲器構件振動而輻射噪聲。,3.3氣流速度對阻性消聲器的影響,氣流速度越高，氣流再生噪聲越大。在直通管道消聲器內氣流再生噪聲的估算公式為：氣流再生噪聲通常是低頻噪聲，隨著平的增高聲級逐漸下降。氣流再生噪聲的倍頻程聲壓級公式為：一個消聲器具體應用到現(xiàn)場時，氣流究竟對它的性能影響有多大，需結合噪聲源強度、氣流速度大小以及消聲器結構等因素進行具體分析；不同的結構，氣流在管道中允許風速不同。,3.4常用阻性消聲器的類型,1.直管式2.片式3.蜂窩式4.折板式5.聲流式6.室式7.迷宮式8.盤式9.彎頭式,4抗性消聲器,抗性消聲器具有不需要使用多孔吸聲材料耐高溫、抗潮流速較大，潔凈對低頻、窄帶噪聲有較好的效果。常用抗性消聲器的類型1.擴張室式消聲器2.共振式消聲器3.干涉式消聲器,1.消聲原理：聲波在管道截面的突然擴張(或收縮)，造成通道內聲阻抗突變，使聲波傳播方向發(fā)生改變，在管道內發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達到消聲的目的。2.消聲量計算：(單節(jié))其中m=S2/S1=S2/S3稱為消聲器擴張比，l2為擴張室長度。3.頻率特性：當當,4.1擴張室消聲器（膨脹式消聲器）,4.改善消聲特性的方法：單節(jié)擴張室的主要缺點在kl=nπ處傳聲損失為零，即存在很多通過頻率。解決的方法有多節(jié)擴張室串聯(lián)：每節(jié)的通過頻率不同，提高消聲量。插入內接管：擴張室兩端個插入l/2和l/4的管分別消除n為奇數(shù)和偶數(shù)的通過頻率。,4.1擴張室消聲器（膨脹式消聲器）,5.上下限截止頻率：擴張室截面增大同樣存在高頻聲波窄束傳播失效，因此有上線頻率：對于低于某一頻率的聲波也將失去消聲作用，存在下限頻率：,1.消聲原理：利用共振吸聲原理，在聲波的作用下，管壁空氣柱產生振動，振動時，氣柱與腔口壁摩擦使一部分聲能轉化為熱能而耗散；同時由于聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導致聲能衰減。當系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。2.消聲量的計算：聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導致聲能衰減。當系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。3.共振頻率：某一頻帶內的消聲量：倍頻程1/3倍頻程,4.2共振式消聲器,4.改善消聲性能的方法：選定較大的K值；增加聲阻；多節(jié)共振腔串聯(lián)。5.上限截止頻率：,4.2共振式消聲器,1.消聲原理：借助于相干聲波相互抵消作用，來達到消聲目的。2.分類：無源(被動式)消聲器和有源(主動式)消聲器兩類。3.特點：具有顯著的頻率選擇性。,4.3干涉式消聲器,5其他形式的消聲器,5.1阻抗復合式消聲器,5.2微穿孔板消聲器,5.3擴散消聲器,6消聲器設計,6.1消聲器設計原則,1.根據(jù)噪聲源所需的噪聲量、空氣動力性能要求以及空氣動力設備管道中的防潮、耐蝕、防火、耐高溫等要求，選擇消聲器的類型。2.根據(jù)聲源空氣動力性能的要求，考慮消聲器的空氣動力性能，是消聲器的阻力損失控制在機械設備正常的工作范圍內；3.設計消聲器時，考慮到氣流再生噪聲的影響，是氣流再生噪聲小于環(huán)境允許的噪聲級；4.注意消聲器和管道中的氣流速度；5.還應考慮到隔聲及堅固耐用、體積大小與空氣機械設備匹配問題。,6.2消聲器設計程序,噪聲源現(xiàn)場調查及特性分析,驗算其消聲效果（上下截止頻率的檢驗、消聲器的壓力損失、實際消聲效果）,了解環(huán)境特點，選定噪聲控制標準,,,計算所需消聲量,設計合適的消聲器,確定受聲點允許的噪聲級和各頻帶聲壓級,,,,噪聲源使用條件,設備的空氣動力特性,,,總結01,阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道的內壁上，或使之按一定的方式排列在管道中，就構成了阻性消聲器。當聲波進入消聲器后，由于摩擦力和粘滯阻力的作用，部分聲能轉化為熱能散失，起到了消聲作用。阻性消聲器結構簡單，能較好地消除中、高頻噪聲，但不適合在高溫、高濕環(huán)境中使用，對低頻噪聲消聲效果也較差。在實際應用中被廣泛用于消除風機、燃氣輪機等的進氣噪聲。常見阻性消聲器的結構形式有直管式、折板式、片式、蜂窩式、迷宮式、聲流式、盤式及室式等。,總結02,抗性消聲器不使用吸聲材料，它是利用管道截面的突變或旁接共振腔，使聲波發(fā)生反射或干涉，從而使部分聲波不再沿管道繼續(xù)傳播、達到消聲的目的?？剐韵暺髂透邷?、耐氣流沖擊，適用于消除中低頻噪聲，實際應用中常用于消除空壓機、內燃機和汽車排氣噪聲。常用的抗性消聲器主要有擴張室（也叫膨脹室）消聲器和共振腔消聲器。擴張室消聲器的基本結構是擴張室和接管的組合。阻性消聲器在中高頻范圍內有較好的效果，而抗性消聲器可以有效地降低中低頻噪聲。兩者結合起來組成阻抗復合消聲器，便可在較寬的頻率范圍內獲得良好的消聲效果。,,7案例分析離心風機所要消聲的主要頻率：f=n*z/60其中f為頻率，HZ；n為轉速，r/min;z為葉片數(shù)。一般離心鼓風機，葉片數(shù)在14-24之間，n為2980r/min,f一般在695-1192HZ，屬于中高頻，選用阻性消聲器。,,,謝謝大家！,