消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

消音器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題目的：了解常見(jiàn)消音器種類(lèi)、消音原理及常見(jiàn)消音器設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題和設(shè)計(jì)方法目錄1消聲器性能評(píng)價(jià)2消聲器的分類(lèi)和消聲機(jī)理3阻性消聲器4抗性消聲器5其他消聲器6消聲設(shè)計(jì)及總結(jié)1消聲器性能評(píng)價(jià)消音器的性能主要包括：聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)性能具體來(lái)講，對(duì)一個(gè)好的消聲器要有五方面的基本要求：1）聲學(xué)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(dòng)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(shí)際容許的范圍內(nèi)；3）機(jī)械結(jié)構(gòu)性能要求。體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工，安裝和維修；4）外形和裝飾的要求。符合實(shí)際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設(shè)備相協(xié)調(diào)5）價(jià)格費(fèi)用要求。制造成本低，使用壽命長(zhǎng)。1.2空氣動(dòng)力性能消聲器的空氣動(dòng)力性能：是指消聲器對(duì)氣流阻力的大小。通常用阻力系數(shù)或阻力損失來(lái)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(jìn)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(chǎn)生的阻力損失。局部阻損:是指氣流通過(guò)在消聲器截面突變處產(chǎn)生的阻力損失。如擴(kuò)展、收縮、轉(zhuǎn)彎等。1.3結(jié)構(gòu)性能消聲器結(jié)構(gòu)性能:是指它的外形尺寸、堅(jiān)固程度、維護(hù)要求、使用壽命等，它也是評(píng)價(jià)消聲器性能的一項(xiàng)指標(biāo)。好的消聲器除應(yīng)有好的聲學(xué)性能和空氣動(dòng)力性能之外；還應(yīng)該具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造型美觀、加工方便、同時(shí)要堅(jiān)固耐用、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單和造價(jià)便宜等特點(diǎn)。評(píng)價(jià)消聲器的上述三個(gè)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(dāng)然在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好；但是同時(shí)必須考慮空氣動(dòng)力性能的要求。例如，汽車(chē)上的排氣消聲器如果阻損過(guò)大，會(huì)使功率損失增加，甚至影響車(chē)輛行駛。在兼顧消聲器聲學(xué)性能和空氣動(dòng)力性能的同時(shí)，還必須考慮結(jié)構(gòu)性能的要求，不但要耐用，還應(yīng)避免體積過(guò)大、安裝困難等情況。在實(shí)際運(yùn)用中，對(duì)這三方面的性能要求，應(yīng)根據(jù)具體情況做具體分析，并有所側(cè)重。2消聲器的分類(lèi)和消聲機(jī)理消聲器類(lèi)型很多，按其降噪原理主要有如下幾種類(lèi)型：2.1阻性消聲器2.2抗性消聲器2.3復(fù)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(lèi)和消聲機(jī)理分類(lèi)圖例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擴(kuò)散性消聲器

擴(kuò)張室消聲器共振腔消聲器干涉式消聲器無(wú)源消聲器有源消聲器小孔消聲器多孔擴(kuò)散消聲器節(jié)流減壓消聲器2.3阻抗復(fù)合式消聲器消聲原理：把阻性與抗性?xún)煞N消聲原理通過(guò)適當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)合起來(lái)而構(gòu)成的。可定性地認(rèn)為阻性和抗性在同一頻帶的消聲值的疊加（并非簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系）。包括的形式：阻~擴(kuò)型、阻~共型、阻~擴(kuò)~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(fēng)機(jī)、大型風(fēng)洞、試車(chē)臺(tái)噪聲。2.4微穿孔板消聲器消聲原理：利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。包括的形式：?jiǎn)螌游⒋┛装?、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(chǎng)合。3阻性消聲器理論計(jì)算公式：其中：F－消聲器氣流通道斷面周長(zhǎng)，m；S－消聲器的氣流通道截面積，m2；l－消聲器的有效長(zhǎng)度，m；Ψ(α0)－與材料的吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)。H.J.賽賓經(jīng)驗(yàn)公式：降噪量與材料吸聲性能周長(zhǎng)/截面比有關(guān)。I3.1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(zhǎng)度為2m，管道有效截面積1500cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時(shí)，試問(wèn)哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最??？解：1)當(dāng)管道為圓形時(shí)，因?yàn)楣艿赖挠行е睆綖椋航孛嬷荛L(zhǎng)為:聲衰減為：3.1阻性消聲器的聲衰減量2)當(dāng)管道為正方形時(shí)，管道的截面周長(zhǎng)為：聲衰減為：3)當(dāng)管道為1:5矩形，管道的截面長(zhǎng)、寬分別為：管道的截面周長(zhǎng)為：

聲衰減為：因此，有：ΔL3＞ΔL2＞ΔL1。即：管道截面面積一定時(shí)，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(guò)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(dāng)聲波波長(zhǎng)小于通道截面尺寸一半時(shí)，消聲效果下降，將這一頻

率稱(chēng)為高頻失效頻率。其經(jīng)驗(yàn)公式：式中：c－聲速ms-1；－消聲器通道截面當(dāng)量邊長(zhǎng)m(圓形管道為直徑；矩形管道為邊長(zhǎng)平均值，其他管道取面積的開(kāi)方值)。若f>fc,每增加一個(gè)倍頻程，消聲量下降1/3，其估算公式：f高于fc的倍頻程帶數(shù)。將大風(fēng)量粗管道應(yīng)設(shè)計(jì)成多通道。3.3氣流速度對(duì)阻性消聲器的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)氣流的存在引起了消聲器內(nèi)聲傳播和聲衰減規(guī)律變化。A)順流時(shí)(氣流與聲傳播方向一致)，由于氣體流速在管道內(nèi)不均一，根據(jù)折射原理，聲波向管壁彎曲，促進(jìn)消聲降噪；B)逆流時(shí)(氣流與聲傳播方向相反)，聲波向管道中心彎曲，導(dǎo)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(nèi)產(chǎn)生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲。氣流經(jīng)過(guò)消聲器通道時(shí)，因局部阻力或摩擦阻力而產(chǎn)生

湍流，相應(yīng)輻射一些噪聲；氣流激發(fā)消聲器構(gòu)件振動(dòng)而輻射噪聲。氣流速度越高，氣流再生噪聲越大。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)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(pán)式

9.彎頭式常見(jiàn)阻性消音器種類(lèi)及圖例3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型1.直管式優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作便。缺點(diǎn)：對(duì)低頻消聲效果差。適用范圍：適合于截面小、低速的管道。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型3.蜂窩式優(yōu)點(diǎn)：中、高頻消聲效果好，可根據(jù)不同的適應(yīng)范圍，設(shè)計(jì)單元結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：阻力損失較大，阻力系數(shù)一般在1-1.5之間。適用范圍：用于大截面的管道。風(fēng)量較大、流速較低的情況。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型4.折板式優(yōu)點(diǎn)：增加了聲波的傳播路程，增大了材料與聲波的接觸，中高頻消聲效果較好。缺點(diǎn)：大大增加了阻力損失。適用范圍：適用于壓力和噪聲較高的設(shè)備。用于對(duì)聲學(xué)性能要求較高的場(chǎng)合。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型6.室式優(yōu)點(diǎn)：消聲頻帶較寬，消聲量較大。缺點(diǎn)：阻力損失較大，占用空間也大。適用范圍：一般適用于有空間、低速進(jìn)排風(fēng)的場(chǎng)合。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型7.迷宮式優(yōu)點(diǎn)：可用于流量大、流速低，要求消聲量高的情況。缺點(diǎn)：氣流速度不能過(guò)大，否則產(chǎn)生的阻力損失較大。適用范圍：對(duì)于阻力損失要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。3.4常用阻性消聲器的類(lèi)型8.盤(pán)式優(yōu)點(diǎn)：阻損小，體積小，重量輕、安裝簡(jiǎn)便，軸向尺寸小。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，變截面計(jì)算復(fù)雜。適用范圍：用于鍋爐鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口消聲、各類(lèi)風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口或管道開(kāi)口端。隔聲罩、室頂部散熱消聲器風(fēng)口。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(duì)低頻、窄帶噪聲有較好的效果。常用抗性消聲器的類(lèi)型

1.擴(kuò)張室式消聲器2.共振式消聲器3.干涉式消聲器4.1擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）1.消聲原理：聲波在管道截面的突然擴(kuò)張(或收縮)，造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使聲波傳播方向發(fā)生改變，在管道內(nèi)發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲的目的。2.消聲量計(jì)算：(單節(jié))

其中m=S2/S1=S2/S3稱(chēng)為消聲器擴(kuò)張比，l為擴(kuò)張室長(zhǎng)度。

S－消聲器的氣流通道截面積m2，k-轉(zhuǎn)換系數(shù)3.頻率特性：

當(dāng):當(dāng):4.1擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）單節(jié)擴(kuò)張室消聲器頻率特性曲線4.1擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）4.改善消聲特性的方法：?jiǎn)喂?jié)擴(kuò)張室的主要缺點(diǎn)在kl=nπ處傳聲損失為零，即存在很多通過(guò)頻率。解決的方法有多節(jié)擴(kuò)張室串聯(lián)：每節(jié)的通過(guò)頻率不同，提高消聲量。插入內(nèi)接管：擴(kuò)張室兩端個(gè)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(guò)頻率。4.1擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）兩節(jié)擴(kuò)張室消聲器頻率特性曲線4.1擴(kuò)張室消聲器（膨脹式消聲器）5.上下限截止頻率：擴(kuò)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(duì)于低于某一頻率的聲波也將失去消聲作用，存在下限頻率：4.2共振式消聲器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(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)，氣柱與腔口壁摩擦使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散；同時(shí)由于聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致聲能衰減。當(dāng)系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時(shí)，消耗聲能最多，消聲量最大。2.消聲量的計(jì)算：聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導(dǎo)致聲能衰減。當(dāng)系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時(shí)，消耗聲能最多，消聲量最大。3.共振頻率：

某一頻帶內(nèi)的消聲量：倍頻程

1/3倍頻程fr-共振頻率；V-空腔體積；S-氣流通道截面積；G-傳導(dǎo)率；K-消音系數(shù)t-共振腔鋼板厚度；S0-開(kāi)孔面積；d-開(kāi)孔直徑；n-開(kāi)孔數(shù)量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)，共振頻率相互錯(cuò)開(kāi)。5.上限截止頻率：4.2共振式消聲器6、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)為了使消聲器的理論計(jì)算值與實(shí)際結(jié)果值一致，在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)注意以下條件：(1)共振器的幾何尺寸應(yīng)小于共振頻率波長(zhǎng)的1/3。當(dāng)共振頻率較高時(shí)，此條件不易滿足，這時(shí)不能將共振器看成為一個(gè)集中參數(shù)系統(tǒng)，而應(yīng)考慮聲波在空腔內(nèi)的傳播特性。(2)穿孔位置應(yīng)集中在共振消聲器的中部，穿孔范圍應(yīng)小于。相鄰各孔之間的孔心距一般應(yīng)取孔徑的5倍。當(dāng)穿孔數(shù)目較多時(shí)，穿孔范圍集中在內(nèi)與孔心距大于孔徑5倍這兩個(gè)要求，往往發(fā)生矛盾。在這種情況下，可采取將空腔分割成幾段來(lái)分布穿孔的位置。(3)共振消聲器的消聲頻率范圍也有高頻失效問(wèn)題。用共振消聲器的上限截止頻率驗(yàn)證消音器設(shè)計(jì)4.3干涉式消聲器1.消聲原理：借助于相干聲波相互抵消作用，來(lái)達(dá)到消聲目的。2.分類(lèi)：無(wú)源(被動(dòng)式)消聲器和有源(主動(dòng)式)消聲器兩類(lèi)。3.特點(diǎn)：

具有顯著的頻率選擇性5其他形式的消聲器5.1阻抗復(fù)合式消聲器5.2微穿孔板消聲器5.3擴(kuò)散消聲器5.3擴(kuò)散消聲器6消聲器設(shè)計(jì)6.1消聲器設(shè)計(jì)原則1.根據(jù)噪聲源所需的噪聲量、空氣動(dòng)力性能要求以及空氣動(dòng)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(lèi)型。2.根據(jù)聲源空氣動(dòng)力性能的要求，考慮消聲器的空氣動(dòng)力性能，是消聲器的阻力損失控制在機(jī)械設(shè)備正常的工作范圍內(nèi)；3.設(shè)計(jì)消聲器時(shí)，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(jí)；4.注意消聲器和管道中的氣流速度；5.還應(yīng)考慮到隔聲及堅(jiān)固耐用、體積大小與空氣機(jī)械設(shè)備匹配問(wèn)題。噪聲源具體采取措施低、中頻為主（離心式通風(fēng)機(jī)）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(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)）阻抗復(fù)合式消聲器或微穿孔板消聲器脈動(dòng)性低頻噪聲源（空氣內(nèi)燃機(jī)）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(dòng)力設(shè)備抗性消聲器或微穿孔板消聲器6.2消聲器設(shè)計(jì)程序噪聲源使用條件設(shè)備的空氣動(dòng)力特性噪聲源現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及特性分析了解環(huán)境特點(diǎn)，選定噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)確定受聲點(diǎn)允許的噪聲級(jí)和各頻帶聲壓級(jí)計(jì)算所需消聲量設(shè)計(jì)合適的消聲器驗(yàn)算其消聲效果（上下截止頻率的檢驗(yàn)、消聲器的壓力損失、實(shí)際消聲效果）6.3阻性消聲器設(shè)計(jì)總結(jié)a.確定消聲量：b.選擇消聲