第七章 消聲技術(shù)

1、Chapter 7 消聲技術(shù)o概述o阻性消聲器o抗性消聲器o阻抗復(fù)合式消聲器o微穿孔板消聲器o 消聲器： 允許氣流通過，又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置，主要安裝在進、排氣口或氣流通過管道中。 o 基本要求： 聲學(xué)性能：有足夠的消聲量 空氣動力性能：阻力小，壓力損失小 機械結(jié)構(gòu)性能：堅固耐用 外形和裝飾 價格和費用7.1 概述7.1.1 消聲器聲學(xué)性能評價1、插入損失LIL ：在聲源與測點之間插入消聲器前后，在某一固定點所測得的聲壓級差，即LILLp1Lp2 iDLpAiLpApApAAILiipiipiLLLLL)(1 . 0)(1 . 010lg1010lg10)(2121LPi：第

2、i個頻帶的聲壓級；i:第i個頻帶的A計權(quán)修正量Di:第i個頻帶的插入損失若裝置前后聲場分布近似不變，聲功率級之差就等于聲壓級之差。聲壓級若采用A計權(quán)聲級7.1.1 消聲器聲學(xué)性能評價 2、傳聲損失LR：消聲器進口端聲功率級與出口端聲功率級之差。7.1.1 消聲器聲學(xué)性能評價2121lg10wwRLLwwL如進出口端截面相同，傳聲損失即為進出口端聲壓級之差。各頻帶的傳聲損失由下式計算：lg10sskkLLLiippiR21ppNRLLL3、減噪量LNR ： 消聲器進口端面測得的平均聲壓級與出口端測得的平均聲壓級之差。7.1.1 消聲器聲學(xué)性能評價4、衰減量： 消聲器內(nèi)部兩點間的聲壓級的差值稱為衰

3、減量，主要用來描述消聲器內(nèi)聲傳播的特征，通常以消聲器單位長度的衰減量（dB/m）來表征。 插入損失減噪量傳聲損失衰減量不只是消聲器本身性能消聲器本身性能7.1.1 消聲器聲學(xué)性能評價7.1.2 空氣動力性能1.阻力系數(shù)：消聲器安裝前后的全壓差與全壓之比。2.阻力損失：氣流通過消聲器時，出口端流體全壓比進口端降低的數(shù)值。2.阻力損失：a.局部阻力損失局部阻力損失簡稱阻損，是指氣流通過消聲器時，在消聲器出口端的流體靜壓比進口端降低的數(shù)值。 22uHeb.摩擦阻損摩擦阻損:是由于氣流與消聲器各壁面之間的摩擦而產(chǎn)生的阻力損失。22uDlHf7.1.3 結(jié)構(gòu)性能材料堅固、耐用；體積小、重量輕；結(jié)構(gòu)簡單、

4、便于加工、使用、價格便宜。7.2 消聲器的分類消聲器 阻性消聲器抗性消聲器阻抗復(fù)合式消聲器微穿孔板消聲器噴注耗散型消聲器 擴張室消聲器共振腔消聲器干涉式消聲器無源消聲器有源消聲器小孔消聲器多孔擴散消聲器節(jié)流減壓消聲器7.2.1 阻性消聲器o 消聲原理消聲原理：利用：利用吸聲材料吸聲材料消聲。把吸聲材料固消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中排定在氣流通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中排列起來，因磨擦阻力和黏滯力將聲能轉(zhuǎn)化為熱列起來，因磨擦阻力和黏滯力將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散發(fā)掉，從而達到消聲的目的。能而散發(fā)掉，從而達到消聲的目的。與電學(xué)類與電學(xué)類比，吸聲材料就相當(dāng)于電阻比，吸聲材料就

5、相當(dāng)于電阻，故稱阻性消聲器。，故稱阻性消聲器。o 消聲的頻率特性消聲的頻率特性：具有良好的：具有良好的中、高頻中、高頻消聲性消聲性能。能。o 適用范圍適用范圍：消除風(fēng)機、燃氣輪機：消除風(fēng)機、燃氣輪機進、排氣噪聲進、排氣噪聲（即氣體流速不大的情況）。（即氣體流速不大的情況）。常用阻性消聲器的類型直管式消聲器 o特點：結(jié)構(gòu)簡單、氣流直通，阻力損失小，適用于氣體流量較小的情況。o缺點：不適用于氣體流量較大的情況。阻性消聲器的消聲量計算阻性消聲器的消聲量計算lSLL0其中：其中：L L消聲器氣流通道斷面周長，消聲器氣流通道斷面周長，m m S S消聲器的氣流通道截面積，消聲器的氣流通道截面積，m m2

6、 2 l l消聲器的有效長度，消聲器的有效長度，m m (a (a0 0) )與材料的吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)與材料的吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)H.J. H.J. 賽賓賽賓經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式： lSLL4 . 103. 1理論計算公式：理論計算公式：例例1 1、選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為、選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.460.46）襯貼的）襯貼的消聲管道，管道有效長度為消聲管道，管道有效長度為2m2m，管道有效截面積管道有效截面積1500cm1500cm2 2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1 1：5 5矩形時，試問哪種截矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減

7、量最大？哪種最??？面形狀的聲音衰減量最大？哪種最小？解：解：由由公式：公式：因為管道的因為管道的有效直徑有效直徑為：為：則管道則管道斷面有效周長斷面有效周長為：為： lSLL4 . 103. 1mcmSD437. 071.43414. 315004mDL372. 1437. 014. 31 1）當(dāng)管道為當(dāng)管道為圓形圓形時時dBL4 . 6215. 0372. 146. 003. 14 . 112 2）當(dāng)管道截面為當(dāng)管道截面為正方形正方形時時則則管道管道斷面周長斷面周長為為：mL549. 115. 04dBL2 . 7215. 0549. 146. 003. 14 . 12所以所以3 3）當(dāng)管道

8、截面為當(dāng)管道截面為1 1：5 5矩形矩形時時則管道則管道斷面長和寬斷面長和寬分別為：分別為：m866. 0515. 05m173. 0515. 0則管道斷面周長為：則管道斷面周長為：mL078. 2)866. 0173. 0(2所以所以dBL6 . 9215. 0078. 246. 003. 14 . 13因此，有：因此，有：L3L2 L1即：即：管道截面為管道截面為矩形矩形的聲音衰減量最大，截面為的聲音衰減量最大，截面為圓圓形形管道聲音衰減量最小。管道聲音衰減量最小。片式消聲器o 消聲衰減量與單通道直管式消聲器計算公式相似o 結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于多個單通道直管式消聲器組成o 當(dāng)片式消聲器每個通道的構(gòu)

9、造尺寸相同時，只要計算單個通道的消聲量。o 特點：中、高頻消聲效果好，阻力系數(shù)較小。o 通常取消聲片厚度為50-350mm，片間距離（通道寬度）取100-250mm。折板式消聲器o結(jié)構(gòu)：將片式消聲器中的直板改為折板，是片式消聲器的變形。o原理：將直通道改為曲折通道，給定直線長度情形下，可增加聲波在管道內(nèi)的反射次數(shù)，即增加聲波與吸聲材料的接觸機會，改善消聲性能。提高消聲量。o為了減小阻力損失，折角一般小于20。o適用于高壓風(fēng)機或鼓風(fēng)機的消聲。聲流式消聲器o結(jié)構(gòu)：將折板式的折角變?yōu)槠交⌒伟?。o特點：可使氣流通過流暢，阻力減小，達到高消聲、低阻損的要求，阻力系數(shù)介于片式和折板式消聲器之間，適用于大

10、斷面流通管道。o缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價較高。蜂窩式消聲器o 結(jié)構(gòu)：若干個小型直管式消聲器并聯(lián)而成。o 原理：小型管道的周長與截面積之比值L/S比直管式和片式大，所以消聲量較高。o 特點：小管的尺寸很小，使高頻失效頻率大大提高，改善了高頻消聲特性。o 計算：一個小型直管消聲器的消聲量就可以表示整個消聲器的消聲量。o 由于構(gòu)造復(fù)雜，阻力較大，通常用于風(fēng)量較大的低流速場合。彎頭式消聲器 o 結(jié)構(gòu)：在彎管壁面襯貼吸聲材料，其形式有圓管彎頭、矩形性彎頭、圓弧形彎頭和直角形彎頭。o 原理：彎頭式消聲器能改變管道內(nèi)氣流的方向。o 特征參數(shù)： 彎頭上襯貼吸聲材料的長度，一般相當(dāng)于管道截面尺寸的2-4

11、倍。 彎頭的插入損失大致與彎折角度成正比，如30彎頭的插入損失僅為90彎頭的1/3。 對于無規(guī)則入射，180彎頭的減噪量約為90彎頭的1.5倍1、高頻失效頻率（即消聲性能下降的頻率）Dcfm85. 1基于高頻率聲音的方向性強，與管壁的吸聲材料接觸減少。其中：D消聲通道截面平均邊長（當(dāng)量直徑），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。阻性消聲器性能的影響因素當(dāng)頻率每增加一個倍頻帶，其消聲量約下降1/3，其經(jīng)驗估算公式為：LnL33其中：L高于失效頻率的某倍頻帶的消聲量； L 失效頻率處的消聲量（作為參考值）； n高于失效頻率的倍頻程頻帶數(shù)。阻性消聲器性能的影響因素2、結(jié)構(gòu)

12、的影響 阻性消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計時，在高頻失效頻率附近采取下述辦法可顯著提高高頻消聲效果。 小風(fēng)量的細管道，可以選用直管式，但對于較大風(fēng)量的粗管道就必須采用多通道式。 消聲器通道中加裝消聲片，或把消聲器設(shè)計成片式、折板式、蜂窩式或彎頭式等，可提高中高頻消聲效果。阻性消聲器性能的影響因素阻性消聲器性能的影響因素3、氣流的影響氣流經(jīng)過消聲器時因局部阻力和磨擦阻力形成湍流產(chǎn)生的噪聲 高速氣流激發(fā)消聲器構(gòu)件振動而輻射的噪聲 倍頻帶氣流再生噪聲的聲壓級 Lp=72+60lgu20lgf Lp為倍頻帶的氣流再生噪聲，dB；f為倍頻帶的中心頻率，Hz；u為氣流速度，m/s。阻性消聲器性能的影響因素阻性消聲器性能的

13、影響因素o 控制氣流噪聲的主要措施，一是按聲源特性和消聲器的消聲量確定合適的氣流速度；二是選擇合適的消聲器結(jié)構(gòu)，改善氣流狀態(tài)，減少湍流發(fā)生。o 一般情況下，對于空調(diào)用消聲器流速不應(yīng)超過5m/s；對風(fēng)機和空壓機不應(yīng)超過20-30m/s；對內(nèi)燃機和鑿巖機不應(yīng)超過30-50m/s，對于大流量的排氣放空消聲器，流速可選在50-80m/s左右。阻性消聲器性能的影響因素阻性消聲器的設(shè)計o 確定消聲量o 選定消聲器的結(jié)構(gòu)形式o 合理選擇吸聲材料和護面結(jié)構(gòu)o 確定消聲器的長度o 驗算消聲效果根據(jù)相關(guān)標(biāo)準，結(jié)合設(shè)備特點和周圍環(huán)境條件，合理確定實際根據(jù)相關(guān)標(biāo)準，結(jié)合設(shè)備特點和周圍環(huán)境條件，合理確定實際所需的消聲量

14、，分析噪聲源的頻譜特性。所需的消聲量，分析噪聲源的頻譜特性。根據(jù)氣流通道截面的當(dāng)量直徑：根據(jù)氣流通道截面的當(dāng)量直徑：300mm，單通道直式消聲器單通道直式消聲器 300mm500mm，加設(shè)吸聲層或吸聲芯，加設(shè)吸聲層或吸聲芯500mm片式、蜂窩式或其它形式片式、蜂窩式或其它形式由噪聲源的強度和降噪現(xiàn)場要求來確定，并考慮由噪聲源的強度和降噪現(xiàn)場要求來確定，并考慮所允許的安裝空間尺寸，一般為所允許的安裝空間尺寸，一般為1 3m。常用的護面結(jié)構(gòu)有玻璃布、穿孔板或鐵常用的護面結(jié)構(gòu)有玻璃布、穿孔板或鐵絲網(wǎng)。絲網(wǎng)。根據(jù)根據(jù)“高頻失效高頻失效”和氣流再生噪聲的影響驗算消聲效果。和氣流再生噪聲的影響驗算消聲效果

15、。 不同流速條件下的護面結(jié)構(gòu)不同流速條件下的護面結(jié)構(gòu) 7.2 抗性消聲器原理：原理：利用聲抗大小消聲。它不使用吸聲材料，僅依靠管道截面的突變或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變，而產(chǎn)生反射、干涉現(xiàn)象，從而降低由消聲器向外輻射的聲能，達到消聲的目的。特點：特點：選擇性強， 適用于低中頻窄帶噪聲的控制?；绢愋停夯绢愋停簲U張室消聲器和共振腔消聲器。適用范圍：適用范圍：消除空壓機、內(nèi)燃機、汽車排氣噪聲（較高氣速的情況）。 1. 擴張室消聲器（膨脹室消聲器）o利用管道橫斷面的擴張和收縮引起的反射和干涉現(xiàn)象進行消聲。1. 擴張室消聲器CfkklSSmklmmL22,/sin)1(411lg101

16、222：波數(shù)，：擴張室的長度。稱為抗性消聲器擴張比a.消聲量的計算：1. 擴張室式消聲器6lg202lg20maxmmTL1sin.)2 , 1 , 0(4/) 12(2/klnnlkl時，即時，當(dāng)12n2)1(411lg10mmLa.消聲量的計算： 擴張室消聲器的消聲量大小取決于擴張比m，通常m1，當(dāng)m5時， 赫LCnf412max最大消聲量時對應(yīng)的頻率： 1. 擴張室式消聲器0sin.)2 , 1 , 0(2/klnnlnkl時，即時，當(dāng)0TL消聲器的傳聲損失：通過頻率： LCnf2min1. 擴張室式消聲器1. 擴張室式消聲器b.改善消聲頻率特性的方法： 單節(jié)擴張室消聲器的主要缺點主要缺

17、點是存在許多通過頻率，在通過頻率處的消聲量為零。解決的方法通常有兩種：一是在擴張室內(nèi)插入內(nèi)接管；二是將多節(jié)擴張室串聯(lián)。在擴張室內(nèi)插入內(nèi)接管 當(dāng)插入管長度為l/2時，可消除fmin=nc/2l中n為奇數(shù)的通過頻率。 當(dāng)插入管長度為l/4時，可消除fmin=nc/2l中n為偶數(shù)的通過頻率。 將二者結(jié)合，使整個消聲器在理論上沒有通過頻率 多節(jié)擴張室串聯(lián)多節(jié)擴張室串聯(lián)擴張室消聲器的截止頻率擴張室消聲器的截止頻率擴張室消聲器的截止頻率擴張室消聲器的截止頻率共振消聲器共振消聲器消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計

18、算消聲原理與消聲量的計算消聲原理與消聲量的計算不同情況下共振消聲器的消聲特性曲線不同情況下共振消聲器的消聲特性曲線改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法改善消聲性能的方法抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計設(shè)計實例設(shè)計實例抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計抗性消聲器的設(shè)計阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器阻抗復(fù)合式消聲器微穿孔

19、板消聲器微穿孔板消聲器微穿孔板消聲器微穿孔板消聲器優(yōu)點：優(yōu)點：空氣動力性能好，適用于要求阻損小的設(shè)備；空氣動力性能好，適用于要求阻損小的設(shè)備；氣流再生噪聲低，可以允許有較高的氣流速度；氣流再生噪聲低，可以允許有較高的氣流速度；不使用阻性吸聲材料，沒有纖維、粉塵的泄露，可用于不使用阻性吸聲材料，沒有纖維、粉塵的泄露，可用于衛(wèi)生條件要求苛刻的醫(yī)藥、食品等行業(yè)；衛(wèi)生條件要求苛刻的醫(yī)藥、食品等行業(yè)；穿孔板可用普通金屬板制成，也可以用不銹鋼、鋁板、穿孔板可用普通金屬板制成，也可以用不銹鋼、鋁板、PC板等制成，具有耐高溫、耐腐蝕、耐潮濕、防火等特板等制成，具有耐高溫、耐腐蝕、耐潮濕、防火等特點。點。其結(jié)構(gòu)

20、形式類似于阻性消聲器，不同之處在于用穿孔板其結(jié)構(gòu)形式類似于阻性消聲器，不同之處在于用穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)代替了阻性吸聲材料。吸聲結(jié)構(gòu)代替了阻性吸聲材料。微穿孔板消聲器微穿孔板消聲器小結(jié)小結(jié)2. 共振式消聲器o利用共振吸聲原理進行吸聲。2. 共振式消聲器a.消聲量的計算：對頻率為f 的聲波的消聲量為：221lg10ffffKTLrr2. 共振式消聲器)8 . 0(48 . 020dtddtSGVGcfr2nGG總SGVK2工程上開多個孔，若孔心距5d，各孔間聲輻射不干涉時，2. 共振式消聲器2. 共振式消聲器o某一頻帶內(nèi)的消聲量：)21lg(102KTL倍頻帶：1/3倍頻帶：)191lg(102KTL

21、2. 共振式消聲器o某一頻帶內(nèi)的消聲量：)21lg(102KTL倍頻帶：1/3倍頻帶：)191lg(102KTL2. 共振式消聲器b.改善消聲性能的方法：o選定較大的K 值；o增加聲阻；o多節(jié)共振腔串聯(lián)。2. 共振式消聲器Dcfu22. 1c.上限截止頻率：3. 干涉式消聲器o原理：借助于相干聲波相互抵消作用，來達到消聲目的。o分類：無源(被動式)消聲器和有源(主動式)消聲器兩類。o特點：具有顯著的頻率選擇性。無源消聲器： 將聲波分成兩路，在并聯(lián)的管道內(nèi)分別傳播不同的距離后，再匯合在一起。 2) 12(21nll有源消聲器人為外加相位相反的聲波使它們產(chǎn)生干涉而抵消。9.2.3 阻抗復(fù)合式消聲器

22、9.2.4 微穿孔板式消聲器9.2.5 擴散消聲器1.小孔消聲器2.多孔擴散消聲器3.節(jié)流減壓消聲器1.小孔消聲器2.多孔擴散消聲器3.節(jié)流減壓消聲器9.3 消聲設(shè)計o9.3.1 消聲設(shè)計原則o9.3.2 消聲設(shè)計程序o9.3.3 阻性消聲器的設(shè)計o9.3.4 共振式消聲器的設(shè)計9.3.1 消聲設(shè)計原則o 消聲措施適用于降低空氣動力性機器、設(shè)備的噪聲。 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(shè)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。噪聲源具體采取措施低、中頻為主（離心式通風(fēng)機）阻性或阻抗復(fù)合式消聲器帶寬噪聲源（高速旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機、燃氣輪機）阻抗復(fù)合式消聲器或微穿孔板消聲器脈動性低頻噪聲源（空氣內(nèi)燃機）抗性消聲器或微穿孔板消聲器高壓、高速排氣放空噪聲（排氣噪聲）小孔消聲器潮濕高溫、油霧，有火焰空氣動力設(shè)備抗性消聲器或微穿孔板消聲器9.3.1 消聲設(shè)計原則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(shè)備正常的工作范圍內(nèi)；3.設(shè)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