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1、8消声技术本章提要:1 对于空气动力性噪声的污染，如各种风机、空气压缩机、柴油机:以及其他机械设备的输气管道噪声，需要用消声技术加以控制，最常12 用的消声设备是消声器。消声器的种类和结构形式很多，根据其消:声机理，消声器可分为4种类型：阻性消声器、抗性消声器、扩散性消11声器和损耗性消声器。不同类型的消声器适用范围不同。一个好的:消声器应综合考虑声学、空气动力学等方面的要求，具有良好的消声:1性能。本章介绍消声器消声量的计算方法、设计要求以及消声技术I:在控制空气动力性噪声中的应用。1C侬8$1消声器简介空气动力性噪声是一种常见的噪声污染，从喷气式飞机、火箭、宇宙飞船，直到各种动力机械、通风
2、空调设备、气动工具、内燃发动机、压力容器及管道阀门等的进排气，都会产生声级很高的空气动力性噪声。控制这种噪声最有效的方法之一是在各种空气动力设备的气流通道上或进排气口上加装消声器。消声器是一种既能允许气流顺利通过又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。8.1.1消声器性能的评价良好的消声器应全面考虑声学、空气动力学性能和结构等要求，满足以下3个基本条件。8.1.1.1良好的消声特性消声器在一定的流速、温度、湿度、压力等工作状况下，要求具有较高的消声量和较宽的消声频率范围，即在所需要的消声频率范围内有足够大的消声量。8.1.1.2良好的空气动力性能消声器对气流的阻力要小，阻力系数要低，即安装消声
3、器后所增加的压力损失或功率损耗要控制在允许的范围内，气流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低，达到基本上不降低风量、保证气流畅通的目的。8.1.1.3良好的结构性能消声器的体积要小，质量要小，结构简单，便于加工、安装及维修，并且要求坚固耐用，使用寿命长，价格低廉。上述3个方面的要求互相联系，相互制约，缺一不可。当然根据具体情况可以有所侧重，但不能偏废。如一个空调设备的消声器，若只考虑提高消声量而空气动力性很差，气流阻力损失大，以至供风不足，就影响了使用；若消声性能和空气动力性能很好，但容易损坏，也会无人使用。8.1.2消声器声学性能的评价8.1.2.1插入损失插入损失是指装置消声器前后，气流通
4、过管道某一测点位置的声压级差。此方法简便，用它能直观地反映消声器的实际使用效果。8.1.2.2声压级差声压级差又称末端声压级差或噪声降低量，是指消声器进口和出口端的平均声压级差，用于已安装好消声器的管道内测量。8.1.2.3轴向衰减轴向衰减是指通道内沿着轴向的声级变化，通常用每米的声衰减量表示.此方法只适用于在较长管道内连续而均匀分布声学材料的直通管道消声器。8.1.2.4传声损失传声损失是指消声器进口端输入声功率与消声器出口端输出声功率之比，取以10为底的对数并乘以10,或者是两端声功率级之差，即Lwi-Lw2O声功率通常可通过测定两端的平均声压级LPl和Lp2来确定。设Sl和S2分别为进口
5、和出口端消声通道的截面积，可得：Lwi=7p1+101gs1(8.1)Lw2=Lp2+IolgS2(8.2)测量时应没有末端反射影响。上述的4种测量方法，都会由于管道末端反射的影响而使测量结果有很大差别，即使对同一消声器。目前，一般采用静态消声量来表示消声器的消声效果。因为静态消声量是一个定值，而动态消声量则受气流速度的影响，是一个不定值，因此消声器评价指标常用静态消声量表示。8.1.3消声器的种类8.1.3.1阻性消声器阻性消声器靠管道内壁装贴吸声材料消声，具有结构简单和良好的吸收中、高频噪声的特点。目前应用较广，主要用于控制风机的进、排气噪声，燃气轮机的进气噪声等。8.1.3.2抗性消声器
6、抗性消声器与阻性消声器的消声原理不同，它不用吸声材料，不直接吸收声能，而是利用管道的声学特性，在管道设突变界面或旁接共振腔，使沿管道传播的声波反射或吸收，从而达到消声的目的。抗性消声器对中、低频噪声消声效果好，适用于清除频带比较窄的噪声。抗性消声器主要用于脉动性气流噪声的消除，如空气压缩机进气噪声、内燃机排气噪声的控制等。8.1.3.3阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器在实际工程中应用广泛。由于阻性消声器在中高频范围内有较好的消声效果，而抗性消声器在中、低频段有较好的消声效果，把两者结合起来设计成阻抗复合式消声器，就可以在较宽频率范围内取得较高的消声效果。8.1.3.4扩散性消声器扩散性消声器主
7、要用于小喷口高压排气或放空所产生的空气动力噪声。这类消声器常见的有小孔喷注消声器、多孔扩散消声器、节流降压消声器等。扩散性消声器的消声特点是消声频带宽，主要用于消除高压气体排放的噪声，如锅炉排气、高炉放风等。8.1.3.5损耗型消声器损耗型消声器是在气流通道内壁安装穿孔板或微孔板，利用微孔的声阻来消耗声能，以达到降噪目的，主要用于超净化空调系统及高温、潮湿、油雾、粉尘和其他要求特别清洁的场合。除上述5种常见的消声器外，为适应某些特殊的声学环境，近年研制出许多新型的消声器，如喷雾消声器、引射渗冷消声器、有源消声器等。一个合适的消声器，可使气流噪声降低2040dB,使声学环境得到明显改善。8.1.
8、4消声器的设计程序8.1.4.1对噪声源作频谱分析通常可测定63Hz8kHz频段范围内1倍频程的8个频带声压级和A声级。如果噪声环境中有明显的尖叫声，则需作1/3倍频程或更窄的频带分析。将噪声的强度（声压级）按频带顺序展开，使噪声的强度成为频率的函数，并考查其波形，了解噪声声源的特征，为噪声控制提供依据。8.1.4.2确定控制噪声的标准应根据对噪声源的调查及使用上的要求，决定控制噪声的标准。标准过高，则增加成本，消声器体积增大或使措施复杂：标准过低，则达不到保护环境的目的。有时，环境噪声和其他不利条件的影响（如控制范围内有多个噪声源的干扰等），也是考虑确定消声器必须达到的消声量因素。8.1.4
9、.3计算消声器所需的消声量在计算消声器所需的消声量AL时，对不同的频带要求不同，应分别进行计算：AL=Lp-ALd-La（8.3）式中LP一声源每一频带的声压级（dB）；ALd一无消声措施时，从声源至控制点经自然衰减所降低的声压级（dB）：La控制点允许声压级（dB）。8.1.4.4消声器的选择应根据各频带所需的消声量AL选择不同类型的消声器，如阻性、抗性、阻抗复合式或其他类型。在选取消声器类型时，要作方案比较并作综合平衡。8.1.4.5检验实际消声效果根据设计方案，检验实际消声效果是否达到预期要求，否则需修改原设计，作出补救措施。8.2阻性消声器阻性消声器利用吸声材料消声，把吸声材料固定在气
10、流通道内壁或按一定方式排列在管道中，就构成阻性消声器。当声波进入消声器中，吸声材料使一部分声能转化为热能耗散，达到了消声目的。与电学类比，吸声材料相当于电阻，故称阻性消声器。阻性消声器品种很多，主要有直管式、片式、蜂窝式、直板式、声流线式、室式、迷宫式、盘式、消声弯头等。8.2.1直管式阻性消声器最简单的阻性消声器是单通路直管式（圆管或方管），它在管壁上开孔并衬贴吸声材料而成，如图8.1所示。阻性消声器的消声计算公式不十分准确，而吸声材料的吸声系数很容易测得，所以常用吸声系数对消声值作近似估算。m8. 1 直管式阻性消声器阻性消声器的消声量AL可按下式（别洛夫公式）估算：AL=o（a0）（8.
11、4）S式中0（a0）一消声系数，与材料的J正入射吸声系数a0T有关，可由表8.1查得；P。一气流通道断面周长（m）；S气流通道横截面积（m2）：I一消声器的有效长度（m）o表8.10与a（0）的换算关系aO0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.601.0o(afl)0.050.110.170.240.310.390.470.550.640.750.861.0-1.5计算消声量还有一个公式（赛宾公式）：AL=1.03tl14-I（8.5）S式中a为混响室内测得的吸声材料平均吸声系数，P。、I和S的意义同式（8.4）o为了计算方便，表8.2列出
12、了a与a，的关系。此公式用于a为0.20.8,频率f为2002000Hz,管道断面大小为22.545Cm2、比例为1:11:2的矩形通道。表8.27与GI的换算关系a0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.600.700.800.901.00a,40.0150.0400.0700.1050.1440.1850.2300.2770.3270.3290.4890.6070.7320.8631.00管式消声器对中、高频噪声有较好的消声效果，但对一定截面的消声器，当频率达到一定值时，声波会在管道中沿轴向直线传播，形成“声束”，很少与管壁上的吸声材料接触，消声
13、量大大降低。使消声量明显下降的频率称高频失效频率其经验公式为：(8.6)fn=1.85尢式中D一消声通过截面的当量直径（对于圆管即为直径；对长、宽为a、b的矩形通道，D=zS）Cm）；c声速（ms）o当频率高于/n后，每增加一个倍频程，其消声量降低30%o因此，只有在通道半径较小时（03m）才用直管式消声器，以保证/0有较大的值。对小风量的管道的设计，可采用单通道直管式消声器；而对风量较大的粗管道，由于高频失效，不能使用单通道直管式消声器，应采用多通道形式。8.2.2多通道的阻性消声器8.2.2.1片式消声器片式消声器如图8.2所示。当气流流量较大，通道半径不能太小时，为使rl较大，可将大通道
14、分成几个小通道，在隔板上铺设吸声材料，构成了片式消声器。片式消声器消声量计算公式和直管式消声器计算公式相似：A1=o（a0）乙1（8.7）、当每个通道的构造和尺寸相同时，单通道内的消声量即为整个消声器的消声量。片式消声器结构简单，中、高频消声效果好，使用得较多。为不妨碍气体流动，片式消声器的通道截面应设计为通道截面的1.5倍。8.2.2.2折板式消声器图8.2 片式消声器折板式消声器是将片式消声器中直板状的隔板做成弯折状。如图8.3所示，弯折状的隔板有更多机会与声波接触，发挥吸声材料的作用，使吸声量提高，中高频的消声性能得到改善。折板式阻损（气流通过消声器时，进气端流体静压强与出气端流体静压强
15、的差值，阻损增大意味着消声器空气动力性能变坏）大于片式阻损，因此弯折板的弯折度一般以两头不透气为原则，弯折角不超过20O折板式的缺点是阻损大，气体流速较快时不宜采用。8.2.2.3声流式消声器将折板式消声器隔板由弯折状改为正弦曲线状就成为声流式消声器，如图8.4所示。当声波通过时，增加反射次数，并对某些频率的声波产生吻合振动，从而改善吸声性能。这种消声器的结构较复杂，造价较高。I*WM8.2.2.4蜂窝式消声器蜂窝式消声器由许多平行的小管式消声器组成，如图8.5所示。计算公式与直管式消声器相同，因为是并联，只计算一个小管的消声量即可。因管道的周长L与截面S之比值比直管和片式的大，消声量较高，且小管的图8.4声流式阻性消声器尺寸小，使消声失效频率提高，从而改善了高频消声特性。蜂窝式优点是中、高频消声效果好，缺点是结构复杂，阻损较大，通常在大风量低流速时使用。蜂窝式消声器的通流截而可选为管道通流截面的152倍。8.2.2.
