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1、第三章消声器消声器是一种既允许气流顺利通过而又能有效衰减或阻碍声能向外传播的装置0消声器主要安装在进、排气口或气流通过管道中。一个性能好的消声器，可使气流噪声降低2040dB,在噪声控制中应用极为广泛。但是，消声器只能降低空气动力设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，不能降低空气动力设备的机壳、管壁等辐射的噪声。3.1 消声器的分类、评价和设计程序3.1.1 对消声器的基本要求1）声学性能：在使用现场的正常工况下（一定的流速、湿度、温度、压力等），在所要求的频率范围内，有足够大的消声量。2）空气动力性能：对气流的阻力要小，阻力损失和功率损失要控制在实际允许的范围内，不影响气动设备的正常工作，气
2、流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低。3）机械结构性能：消声器的材料应坚固耐用，应有耐高温、耐腐蚀、耐潮湿、耐粉尘的特殊环境，尤其应注意材质和结构的选择。另外，消声器要体积小，重量轻，结构简单，并便于加工、安装、维修。4）外形和装饰：除消声器几何尺寸和外形应符合实际安装空间的允许外，消声器的外形美观大方，表面装饰应与设备总体相协调。5）价格费用要求：价格便宜，经久耐用。3.1.2 消声器声学性能评价量消声量是评价消声器声学性能好坏的重要指标，常用以下4个量来表征：1.插入损失（Lil）插入损失是指在声源与测点之间插入消声器前后，在某一固定点所测得的声压级差，即LIL=LP-Lp2,前者是指安
3、装消声器前测点的声压级，后者是指安装消声器后测点的声压级。用插入损失作为评价量的优点是比较直观实用，测量也简单，这是现场测量消声器消声量最常用的方法。但插入损失不仅决定于消声器本身的性能，而且与声源、末端负载以及系统总体装置的情况紧密相关，因此适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。2.传声损失（TL）传声损失系指消声器进口端入射声的声功率级与消声器出口端透射声的声功率级之差,即TL=IOIgM=LW由于声功率级不能直接测得，一般是通过测量声压级值来计算声功率级和传声损失，传声损失反映的是消声器自身的特性，和声源、末端负载等因素无关，因此适宜于理论分析计算和在实验室中检验消声器自身的
4、消声特性。3 .减噪量（LNR）减噪量是指消声器进口端和出口端的平均声压级差，即：Lnr=Lpl-Lp2O这种测量方法，易受环境声反射、背景噪声、气象条件的影响。4 .衰减量（LA）消声器内部两点间的声压级的差值称为衰减量，主要用来描述消声器内声传播的特性，通常以消声器单位长度的衰减量(dBm)来表征。3.1.3 消声器的分类可按消声机理与所配用的设备来分，一般按消声机理消声器大体可分为6大类：阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器、阻抗复合消声器、扩散式消声器和有源消声器等。3.1.4 消声器的压力损失一般认为消声器的压力损失由两部分构成：一是局部压力损失；二是管壁沿程磨擦阻力损失。两者都是
5、由于流体运动时克服粘性切应力作功引起的。L局部压力损失局部压力损失发生在消声器内收缩、扩张等截面突变的地方，由于气流速度发生突变形成漩涡和流体相互碰撞，进一步加剧了流体质点间的相互磨擦。它的大小取决于局部结构V2/形式、管道直径和气流速度，即有：Hc=py(Pa)V为小截面上的气流平均速度，m/s；为局部阻力系数，与消声器截面扩张比有关。2.沿程阻力损失沿程阻力损失Hf发生在消声器管道壁面，其大小取决于管壁粗糙度ho及气流速度V的大小，即Hf=p(Pa),对于一个具体结构的消声器，将其划分为m个截面突变元件和n个管无件，分别按局部阻力损失和沿程阻力损失叠加计算消声器总的压力损失：mnH=Hei
6、HfjHeL.第I个截面突变处的压力损失；H广一第j段管道的沿i=lj=l程磨擦阻力损失。3.1.5设计程序消声器的设计程序可分为五个步骤：见教材第173页。1.噪声源现场调查及特性分析：对于空气动力性噪声源安装使用情况，周围的环境条件,有无可能安装消声器，消声器安装在什么位置，与设备连接形式应作现场调查记录，并作出初步考虑，以便合理选择消声器。3.2阻性消声器阻性消声器是一种吸收型消声器，利用声波在多孔性吸声材料中传播时，因磨擦将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。它具有良好的中高频消声性能，对低频消声性能较差。3.2.1 声波在阻性管道中的衰减消声器的传声损失与吸声材料的声学性能、
7、气流通道周长、断面面积以及管道长度等因素有关，对相同截面积的管道，L/S比值以长方形为最大，方形次之，圆形最小。别洛夫由一维理论推导出长度为1的消声器的声衰减量LA为：la=血)”式中L为消声器通道断面周长，m；S为消声器的通道有效模截面积，n?；l为消声器的有效长度，m。消声系数()与材料的吸声系数的换算关系见教材。另外赛宾计算消声器的声衰减量的经验计算式为：La=1.03()4t式中&为吸声无规入射平均吸声系数。3.2.1 高频失效频率阻性消声器实际消声量除了与消声器的周长、截面积、消声系数、有效长度有关外，还与噪声的频率有关。噪声频率越高，传播的方向越强，对于一定截面积的气流通道，当入射
8、声波的频率高至一定的限度时，由于方向性很强而形成“光束状”传播，很少接触贴粘的吸声材料，消声量明显下降。产生这一现象所对应的频率称为上限失效频率fIo可用如下经验公式计算：f.=1.85-0式中C为声速，D为消声器通道的当量直径，米，对矩形管D道取边长平均值，圆形管道取直径，其它可取面积的开方值。当频率高于失效频率时，每增高一个倍频带其消声量约下降1/3,具体可用下式估算:L=-L,为高于失效频率的某倍频带的消声量，dB；L为失效频率处3的消声量，为高于失效频率的倍频程频带数。由于高频失效，所以在设计消声器时对于小风量的细管道，可以选用直管式，但对于较大风量的粗管道就必须采用多通道式。通常采取
9、在消声器通道中加装消声片，或把消声器设计成片式、折板式、蜂窝式或弯头式等。这样才能保证消声器中、高频范围内有良好的消声效果。3.2.2 阻性消声器的种类阻性消声器按气流通道几何形状的不同而分为不同的种类,有直管式、片式、蜂窝式、折板式、迷宫式、声流式、盘式、弯头式等，具体的内容你们自己看教材。具体见煤P138页描，3.2.3 气流对阻性消声器声学性能的影响这种影响主要表现在两方面：一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化；二是气流在消声器内产生一种附加噪声，即所谓气流再生噪声。这两方法的影响是同时产生的，但本质却不同。L气流对声传播和衰减规律的影响这种影响主要表现在消声系数(a0)的变化上
10、，理论分析给出的近似公式为：(a,J=(ao式中S(a0)为有气流时的消声系数；Ma为马赫数，即消声器内流速与声速之比，顺流传播时为正，逆流传播时为负。从上式可看出，气流的影响不但与气流速度的大小有关，而且与气流的方向有关。当流速高时，Ma值大，对消声性能的影响也越大。当气流方向与声传播方向一致时(顺流)时(如安装在风机排气管道上的消声器），Ma取正值，S（a0）将变小；当气流方向与声传播方向相反（逆流）时（如风机进气管上的消声器），M（X取负值，9（a0）变大。即顺流与逆流相比，逆流于消声有利。但从气流速度引起声传播中的折射现象来看，情况又恰好相反。由于气流速度在管道中是不均匀的,在层流流动
11、时同一截面上管道中央流速最高;离开中心位置越远流速越低，在靠近管壁处流速近似为零。顺流时，如图1所示，导致在管道中央声速高，靠管壁声速低，根据声折射原理，声波要弯向管壁，对于阻性消声器，管壁衬贴有吸志材料，所以能更有效地吸收声能量。逆流时，如图2所示，导致在管道中央声速低，靠管壁声速高，声波向管道中心弯曲，这对阻消声器的消声是不利的。综合两方面，消声器安装在进排气管道各有利弊。由于工业上输气管道中的气流速度与声天与人归相比都不会太高（例如当流天与人归为30-40ms时，Ma=O.1）,所以在一般情况下，气流对声传播与衰减规律有影响可以忽略。2.气流产生再生噪声这种再生噪声主要由两部分组成：一是
12、气流经过消声器时因局部阻力和磨擦阻力形成湍流产生的噪声；二是高速气流激发消声器构件振动而辐射的噪声。再声噪声相当于在原有噪声源上又叠加一种新的噪声源，它会影响消声器的实际消声效果。根据试验结果可得出管道中气流再生噪声倍频程的声功率级和声压级计算公式：Lp=72+601gv-201gf,LP为倍频带的气流再生噪声，dB；f为倍频带的中心频率，v为气流速度。声功率级大致可用下式表示：Lw=（18+2）+601gv控制气流噪声的主要措施，一是按声源特性和消声器的消声量确定合适的气流速度；二是选择合适的消声器结构，改善气流状态，减少湍流发生。一般情况下，对于空调用消声器流速不应超过5ms;对风机和空压
13、机不应超过20-30ms;对内燃机和凿岩机不应超过30-50ms,对于大流量的排气放空消声器，流速可选在50-80ms左右。3.2.4阻性消声器的设计阻性消声器的设计一般可按如下程序和要求进行：1）确定消声量应根据有关的环境保护和劳动保护标准，适当考虑设备的具体条件，合理确定实际所需的消声量。对于各频带所需的消声量，可参照相应的NR曲线来确定。2）选定消声器的结构形式首先要根据气流流量和消声器所控制的流速（平均流速），计算所需要的通流截面，并由此来选定消声器的形式，一般认为，当气流通道截面当量直径小于300mm,可选用单通道直管式，当直径在300-50Omm时，可在通道中加设一片吸声层或吸声芯
14、，当通道直径大于50Omm时，则应考虑把消声器设计成片式、蜂窝式或其它形式。3）正确选用吸声材料这是决定阻性消声器消声性能的重要因素。除首先考虑材料的声学性能外，同时还要考虑消声器的实际使用条件，在高温、潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中，应考虑吸声材料的耐热、防潮、抗腐蚀性能。4）确定消声器的长度这应根据噪声源的强度和降噪现场要求来决定。增加长度可以提高消声量，但还应注意现场有限空间所允许的安装尺寸。消声器的长度一般为1-3米。5）选择吸声材料的护面结构阻性消声器中的吸声材料是在气流中工作的,必须用护面结构固定起来，常用的护面结构有玻璃布、穿孔板或铁丝网等。如果选取护面不合理，吸声材料会被气流吹
15、跑或使护面结构激起振动，导致消声性能下降。护面结构形式主要由消声器通道内的流速决定。见李P113页。6)验算消声效果根据“消声失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。例题：1.噪声评价曲线NR下的声压级计算：据Lpi=a+bNRiLpi为第I个频带声压级，a,b为不同倍频带中心频率的系数，见P48页表3.3,或查P48页图35噪声评价数(NR)曲线。如中心频率63Hz的声压级的计算：查表33得a=35.3,b=0.79,据公式得L=107,2 .因管径为20OmmV300mm,风量较小，选用直管阻性消声器。3 .根据Q=VS算得气流速度为21.23ms选护面结构。4.根据La =() ”得 I =LA(p(0)%算出计算出各频带所需要的消声量器的长度,按最大值5 .验算高频失效频率：由高频失效频率得f上=1.85g=3145Hz。j-D在中心频率4kHz的倍频带内，其消声器对于高于3145HZ的频率段，消声量将降低，上面设计的消声器长度为1米，在8kHz的消声量为LA=()Ll得L=LlX20Xl=22dB,S但由于高频失效，在中心频率8kHz的倍频带内的消声量为AL=NL得AL=3-13X322=14.67dB,由表9-6第三行看出，8kHz所需的消声
