第二章 第六节 噪声控制技术――消声

第二章噪声污染及其控制第一节概述第二节声学基础第三节噪声的评价和标准第四节噪声控制技术——吸声第五节噪声控制技术——隔声第六节噪声控制技术——消声第七节噪声控制技术——有源噪声控制简介第二章噪声污染及其控制第六节噪声控制技术——消声概述一阻性消声器二抗性消声器三阻抗复合式消声器四五六微穿孔板消声器消声器的设计(一)消声原理(二)消声器的性能评价概述一1.对消声器的要求2.消声器的评价量消声器：允许气流通过，又能有效阻止或减弱噪声向外传播的装置。性能：优良的消声器可使气流噪声降低20～40dB(A)种类：按其消声机理和结构大致可分为阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器微穿孔板消声器扩散消声器(一)消声原理各自具有不同的消声频谱特性，可根据设备的空气动力性及噪声频谱选用适当的消声器。(一)消声原理(二)消声器的性能评价概述一1.对消声器的要求2.消声器的评价量（1）消声量大（2）压力损失小（3）适应性广（4）外形美观1.对消声器的要求正常工况下，在所要求的频带范围内应有足够大的消声量对气流阻力小，压力损失要控制在允许的范围内，不影响设备的正常工作。材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐潮湿、耐粉尘，结构简单、体积小、重量轻，便于制作安装和维修。外形美观大方，表面装饰应与设备总体相协调。2.消声器的评价量衡量消声器性能优劣的主要评价量(1)插入损失ILL(2)传递损失RL(3)减噪量NRL系统中插入消声器前、后在系统外某定点分别测得的声压级Lp1与Lp2之差。12ILppLLL(1)插入损失ILL优点：直观实用，测量简单；适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。消声器进口端入射声的声功率级与出口端透射声的声功率级之差。(2-167)传递损失反映消声器自身的特性，与声源等因素无关；适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。(2)传递损失RL112210lgR1WL2WL消声器进口端平均声压级（）与出口端平均声压级（）之差。(2-168)这种测量方法易受气象条件、背景噪声等影响，误差较大，较少采用。(3)减噪量NRL12NRppLLL1pL2pL第二章噪声污染及其控制第六节噪声控制技术——消声概述一阻性消声器二抗性消声器三阻抗复合式消声器四五六微穿孔板消声器消声器的设计(一)阻性消声原理(二)阻性消声器的结构形式阻性消声器二(三)阻性消声器性能的影响因素阻性消声器：利用吸声材料消声的吸收型消声器。吸声材料相当于电阻，故称阻性消声器。(一)阻性消声原理原理：将吸声材料固定在气流通道内，利用声波在多孔吸声材料中传播时，因摩擦阻力和粘滞阻力将声能转化为热能，达到消声的目的。(一)阻性消声原理(二)阻性消声器的结构形式阻性消声器二(三)阻性消声器性能的影响因素图2-38阻性消声器结构示意图(二)阻性消声器的结构形式e.蜂窝式a.直管式b.片式f.消声弯头c.折板式d.声流式结构形式：如图2-38(a)所示；1.单通道直管式消声器AL式中，——消声量，dB；——消声器通道断面的有效周长，m；——消声器通道的有效截面积，m2；——消声器有效长度，m；——垂直入射吸声系数；——消声系数，与材料的垂直入射吸声系数有关,由表2-19查得PSl000APLlSAL(2-169)消声衰减量计算（1）A．N．别洛夫公式：低、中频特点：结构简单、气流直通、阻力损失小；适用：小流量管道消声。式(2-169)中的确定（表2-19）1.单通道直管式消声器由表2-19确定，即可用式（2-169）计算消声量。式(2-169)未考虑气流条件，在低、中频时，计算值与实测值基本相等，但在高频时，计算值往往高于实测值。设计阻性消声器时，尽可能选用吸声性能好的多孔材料，并详细计算通道的几何尺寸，对于相同截面积的通道，P/S值以矩形最大，圆形最小。0表2-19与的关系)(000)(01～1.50.860.750.640.550.470.390.310.240.170.110.050.60～10.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.050()00（2）H．J．赛宾经验计算式：高频(2-170)式中，——吸声材料无规则入射平均吸声系数，表2-20列出了与间的关系。1.41.03()APLlS式（2-169）和式（2-170）大致相同，仅仅是对吸声系数α的修正不同。1.单通道直管式消声器1.4()表2-20与的换算关系1.000.8630.7320.6070.4890.3290.3271.000.900.800.700.600.500.450.2770.2300.1850.1440.1050.0700.0400.0150.400.350.300.250.200.150.100.054.1)(1.4()1.4()消声衰减量与单通道直管式消声器计算公式相似。结构：相当于多个单通道直管式消声器组成。当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计算单个通道的消声量。通常取吸声片厚度为50～100mm，片间距离(通道宽度)取100～250mm。2.片式消声器AL结构：将片式消声器中的直板改为折板。是片式消声器的变型。原理：将直通道改为曲折通道，给定直线长度情形下，可增加声波在管道内的传播路程，增加反射次数，提高高频消声量。为了减小阻力损失，折角一般小于20°。3.折板式消声器结构：将折板式的折角变为平滑弧形板。原理：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。特点：可使气流较为通畅地通过，达到高消声、低阻损的要求。4.声流式消声器结构：若干个小型直管消声器并联而成，形似蜂窝。原理：小型管道的周长与截面积之比值P/S比直管式和片式大，所以消声量较高。特点：小管的尺寸很小，使上限失效频率大大提高，改善了高频消声特性。计算：一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。5.蜂窝式消声器结构：在弯管壁面衬贴吸声材料。其形式有圆管弯头、矩形管弯头、圆弧形弯头和直角形弯头等。原理：消声弯头能改变管道内气流的方向。特征参数：弯头上衬贴吸声材料的长度,一般相当于管道截面尺寸的2～4倍。弯头的插入损失大致与弯折角度成正比，如30°弯头的插入损失仅为90°弯头的1/3。对于无规则入射，180°弯头的减噪量约为90°弯头的1.5倍。6.消声弯头(一)阻性消声原理(二)阻性消声器的结构形式阻性消声器二(三)阻性消声器性能的影响因素(三)阻性消声器性能的影响因素1.频率的影响高频失效：在一定截面积的气流通道中，当入射声波的频率高至一定限度时，由于方向性很强而形成“光束状”传播，很少接触贴附的吸声材料，消声量明显下降的现象。上限失效频率：产生高频失效所对应的频率。f上上限失效频率计算公式：直管式消声器f上1.85cfD上＝(2-171)式中，——声速，m/s；——消声器通道的当量直径，m；对矩形管道取边长平均值，圆形管道取直径，其它可取面积的开方值。cD当＞时，某倍频带的消声量按下式估算式中，——处的消声量，dB；——高于的倍频程频带数。f上(2-172)f33nLLLf上f上nL2.结构的影响阻性消声器结构设计时，在高频失效频率附近采取下述办法可显著提高高频消声效果。小风量细管道可选用直管式；较大风量粗管道须采用多通道形式。消声器通道中加装消声片或将消声器设计成片式、折板式、蜂窝式或弯头式等，可提高中高频消声效果。问题？对低频效果不明显；通道过多或出现弯曲，会显著增加阻力损失，使消声器的空气动力性能下降。3.气流的影响气流再生噪声：高速气流经过消声器时因局部阻力和摩擦阻力形成湍流产生的噪声。辐射噪声：高速气流激发消声器构件振动倍频带的气流再生噪声的声功率7260lg20lgWLvf(2-173)倍频带的中心频率，Hz气流速度，m/s气流再生噪声的大小主要取决于气流的速度和消声器的结构。气流速度增加，声功率提高，使消声量减少，当气流速度高到一定程度时，消声量变为负值，此时消声器失去消声作用。所以消声器的设计不应使气流的流速过高，否则不仅消声器的性能受到影响，而且空气动力性能也会变差。例：某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频谱如表所列，要求消声后在距进气口3m处达到NR90，试对进气口作阻性消声器设计。阻性消声器的设计序号项目倍频程中心频率／Hz6312525050010002000400080001进气口噪声／dB109112104115116108104942降噪要求（NR90）阻性消声器的设计序号项目倍频程中心频率／Hz6312525050010002000400080001进气口噪声／dB109112104115116108104942降噪要求（NR90）1071009592908786843消声器应有消声量／dB212923262118104消声器周长与截面比20202020202020205材料吸声系数α00.030.520.780.860.850.830.800.786消声系数ψ（α0）0.40.71.11.31.31.21.21.17消声器所需长度／m0.250.860.860.891.000.880.750.458高频失效验算①根据降噪要求，确定合理的消声量②选定消声器的结构形式，当气流通道截面的当量直径小于300mm，可选用单通道直管式；当直径在300~500mm时，可在通道中加设吸声片或吸声芯。当通道直径大于500mm时，考虑设计片式、蜂窝式或其他形式。③正确选用吸声材料，根据使用环境和噪声频谱，吸声材料选用密度为25kg/m3的超细玻璃棉，厚度取150mm。根据气流速度，选择护面层结构。④确定消声器的长度⑤计算高频失效频率：f上＝1.85c/D=1.85×340/0.2=3145Hz第二章噪声污染及其控制第六节噪声控制技术——消声概述一阻性消声器二抗性消声器三阻抗复合式消声器四五六微穿孔板消声器消声器的设计(一)扩张室消声器(二)共振消声器抗性消声器三原理：利用声抗大小来消声。基本类型与阻性消声器不同，抗性消声器不使用吸声材料，主要是利用声抗的大小来消声,依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变，而产生声波的反射、干涉现象,从而降低由消声器向外辐射的声能，达到消声的目的。特点：选择性强，适于窄带噪声和低、中频噪声。扩张室消声器：抗性消声器最常用的结构形式。单节扩张室消声器：由扩张室和连接管组成，是最基本形式。图2-39单节扩张室消声器(一)扩张室消声器1.结构形式连接管连接管扩张室根据管道传播理论，声波通过扩张室时，单节扩张室消声器声强透射系数为2.消声量的计算扩张比,m=S2/S1扩张室长,m若管道截面收缩m倍或是扩张m倍，消声作用相同工程中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。消声量与有关，即随频率作周期性变化。sinkl222122111cossin4ISSklklSS(2-174)k—波数S1S2分别为连接管和扩张室面积,m2(2-175)若只考虑扩张室本身特性，由上式可得单节扩张室消声器的消声量计算式为2211110lg10lg1sin4RILmklm当(n=0,1,2,3…)时，，扩张室消声量达最大值，式(2-175)可写成(21)2kln2sin1kl21110lg14RLmm(2-176)由式（2-176）可以更清楚地看出，增大扩张比m，可增大消声量。(2-178)消声量达最大值时的相应频率max214cfnl20lg20lg62RmLm(2-177)通常m＞1，当m＞5时,可近似地取讨论单节扩张室消声器