4.消声技术2

第四章噪声控制技术－消声Chapter4Technologyofnoisereduction——soundattenuation王志权ByWangZhiquan二、抗性消声器与阻性消声器的消声机理完全不同。消声原理：它不使用吸声材料，而是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改变而产生声能的反射、干涉及共振吸声来降低消声器向外辐射的声能，达到消声的目的。阻性消声器是利用能量转换，而抗性是利用声能转移来降低消声器出口处的声能。特点：具有良好的消除低频噪声的性能，而且能在高温、高速、脉动气流下工作。消声的频率特性：消声频带窄，具有低、中频消声性能，对高频声效果较差。型式：扩张室式、共振腔式、微穿孔板式。除微穿孔板式具有宽频带消声特性，其余频率选择性较强，适用于窄带和中低频噪声的控制。1.扩张室式消声器也称“膨胀室消声器”，它是由突变界面的管和室组成，它是利用通道截面的突然扩张（或收缩）造成管道内声阻抗突变，使沿管道传播的某些频率的声波通不过消声器而反射回声源去，由于声波通不过消声器也就传不出来，从而达到消声的目的。该种消声器是由管和室两种基本元件组成的，最基本的形式是单节扩张室式消声器，但工程中常采用多室。s1s2l声波在管道中传播时，截面积的突变会引起声波的反射，使透射声能降低。如下图：当声波沿截面积为S1和S2相接的管道传播时，S2管对S1管来说是附加了一个声负载，在接口平面上将产生声波的反射和透射。S1S2s2/s1＝m，抗性消声器的扩张比；——管道扩张m倍和收缩m倍，其消声作用是相同的，在工程中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。L消：消声量，dBk=2π/λ：波数，不同k值相当于不同频率值；l：扩张室消声器的长度，m；BklmmLdsin1411lg1022消分析：L消大小由m决定，L消是m的增函数，频率特性由l决定，据此，设计扩张室消声器需注意两点：A、m要合理选择，m值较大时，L消增加，在实际工程中一般取9﹤m﹤16，最大不超过20，最小不小于5。B、l要合理选择。因为消声频率由l决定的，要改变消声器的频率特性，需要调整l的长度，当l增加，消声频率移向低频。单节扩张式消声器的主要缺点是当kl=nπ处，传声损失总是降为0，也就是说存在许多通过频率。解决办法：1、将单节扩张式改为内插管式，如左图：2、设计多节扩张室，使每节具有不同的通过频率，将它们串联起来。（注意：各节距离很近时，互相间有影响，并不是各节消声量相加。）2、共振式消声器消声原理：该系统实质上是共振吸声结构的一种应用，管壁小孔中的空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生振动，振动时与腔口壁的摩擦使一部分声能转化为热能而耗散；同时由于声阻抗的突变而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰减；当体系固有频率与声波频率发生共振时，消耗的声能最多，消失量最大。可见，该类型的共振吸声器只是在其共振频率附近有最大消声量，而当偏离共振频率时．消声效果迅速下降；也就是说共振腔消声器只在一个狭窄的频率范围内寸有较好的消声性能；因此，只适于消除在某些频率上带有峰值的噪声。共振频率：当声波波长大于共振式消声器的最大尺寸的3倍时，共振频率为：式中：c为声速；V为空腔体积；G为传导率，量纲为L；S0为孔径面积；d为小孔直径；t为小孔颈长。VGcfr2)8.0(48.020dtddtSG实际工程中，共振消声器很少开一个孔的，而是由多个孔组成，孔间距要有足够距离，当孔心距为小孔的5倍时，各孔间互不干涉，总的传导率等于各个孔的和。忽略共振结构声阻的影响，单腔共振消声器对频率为f的声波的消声量为：式中：Ｓ—通道横截面积(m２);ｆ—声波的激发频率(Hｚ);ｆ０—共振频率〔Hｚ)。上式是计算单一频率的消声量，实际中噪声源是连续的宽频噪声常需要就算某一频带内的消声量，此时可简化为：对倍频程对１／３倍频程BKLd21lg102消BKLd191lg102消改善消声性能的方法：该消声器的优点是特别适宜低、中频成分的突出的气流噪声的消声，且消声量大。缺点是当声波频率等于共振频率时，消声量很大，当偏离时，迅速下降，消声频带范围窄。1.增加声阻。在共振腔中填充一些吸声材料，都可以增加声阻使有效消声的频率范围变宽，但会使共振频率处的消声量有所下降。2.多节共振腔串联。把具有不同共振频率的几节共振腔消声器串联，并使其共振频率互相错开，可以有效的展宽消声频率范围。共振消声器的设计程序1.根据要消除的主要频率和消声量，确定相应的k值；2.确定k值后，求出共振腔的体积和传导率；3.设计消声器的几何尺寸；4.共振消声器也有高频失效问题，其上下限截止频率也可用下式估算。D22.1cf上11V2Slcf下3、微穿孔板消声器消声原理：微穿孔板消声器是在共振式吸声结构的基础上发展而来的，其特点是不用任何多孔吸声材料，而是在薄的金属板上钻许多微孔，实质上是利用微穿孔板吸声结构制成的共振式消声器。微穿孔板消声器的板材一般用厚0.20～1.0mm铝、钢板、不锈钢板、镀锌钢板、胶合板等制作，所以具有耐高温、防潮、防火、防腐等特性。微孔的孔径一般在1mm一下，为加宽吸收频带，孔径尽量做小，但是会受到工艺限制，同时微孔易堵塞，故常用孔径为0.50～1.0mm，穿孔率一般为1%～3%。微穿孔板消声器由于孔径很小，开孔率低，腔体大，声阻大，对低频消声效果显著。若采用穿孔率不同的双层微孔板消声器，使两层共振频率错开，则可在很宽频带范围内获得良好的消声效果。微穿孔板是高声阻，低声质量的吸声元件，在高速气流下比阻性消声器的消声性能好得多。若要求有同样的消声量，微孔板消声器可比阻性消声器体积大大缩小，阻力损失也比一般阻性消声器小得多。如何进行微穿孔板消声器的选型呢？如果要求阻损小，一般可采用直通式；可以有些阻损时，可采用声流式或多室式；如果风管中气流速度在50～100m/s之间，则应在消声器入口端加上一节变径管接头，以降低入口流速，当流速很低时，可以适当提高一些进入消声器内的流速，以便适当减小消声器的尺寸。三、阻抗复合式消声器消声原理：把阻性与抗性两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗性在同一频带的消声值的叠加（并非简单的叠加关系）。严格地说，当声波波长较长时，阻与抗复合以后因耦合作用而有干涉等因素的影响，使声波的传播过程极为复杂。在实际中，阻抗复合消声器的消声值通常由实验或实际测量确定。型式：阻性－扩张室复合型；阻性－共振腔复合型；阻性－扩张室－共振腔复合型等。消声的频率特性：具有低、中、高频消声性能。四、排气放空消声器排气放空噪声一般是由高速气流流动的不稳定性所产生，流动的气流一般具有高温、高压、高流速的特点，它是化工、石油、电力、冶金等工业生产中的重要噪声源，其排放的噪声具有强度大、频谱宽且噪声影响范围大的特点。主要形式有小孔喷注消声器、多孔扩散消声器、节流减压消声器等。1、小孔喷注消声器小孔喷注消声器是一种直径同原排气口相同而末端封闭的消声管，其管壁上开有很多的排气小孔，小孔的总面积一般应大于原排气孔面积，小孔直径越小，降低排气噪声效果也越好。它适用于流速极高的排气放空噪声。小孔喷注消声器的原理：从发生机理上减小它的干扰噪声。喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，即喷口辐射的噪声能量将随着喷口直径的变小而从低频移向高频。如果孔径小到一定程度，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。根据此原理，将一个大喷口改用许多小孔来代替，在保持相同排气量的条件下，便能达到降低可听声的目的。小孔喷注消声器的设计：小孔间距应足够大，以保证各小孔的喷注是互相独立的。否则，气流经过小孔形成小孔喷注后，还会汇成大的喷注辐射噪声，从而使消声器性能下降。为此，一般小孔的空心距为5～10倍的孔径（喷注前驻压越高，孔心距就越大）。为保证安装消声器后不影响原设备的排气，要求小孔的总面积比排气口的截面积大20%～60%，因此，相应的实际消声量要低于计算值。在高压气源上采用小孔消声器，单层φ2mm的小孔可消声16～21dB，单层φ1mm可消声20～28dB。2、多孔扩散消声器多孔扩散消声器是根据气流通过多孔装置扩散后，速度与驻点压力都会降低的原理设计制作的一种消声器。目前，广泛使用多孔陶瓷、烧结金属、多层金属网制成多孔扩散消声器，用以控制各种压力排气产生的气体动力性噪声。这些材料本身有大量细小空隙，当气流通过消声器时，气体压力降低，流速被扩散减小，相应地减弱了辐射噪声的强度。同时，这些材料具有阻性材料的吸声作用，自身也可以吸收一部分声能。3、节流减压消声器根据节流降压原理，当高压气流通过具有一定流通面积的节流孔板时，压力得到降低。通过多级节流孔板串联，就可以把原来高压直接排空的一次大的突变压降分散为多次下的渐变压降。排气噪声功率与压力降的高次方成正比，所以把压力突变改为压力渐变排空，便可取得消声效果。4、扩散又吸声消声器高压排气口在扩散型消声器上加一个吸声过程就构成了抗性与阻性结合的扩散又吸声的消声器，排出的高压气体通过二次小孔扩散膨胀，消耗了部分声能，降低了气流压力，多孔阻性吸声材料玻璃丝比短纤维的矿渣棉更耐腐蚀，也比较不容易吹散，如果选择了合适的穿孔覆面，可以允许通过的气流速度高达150m/s。但是设计时一般按排气速度不超过100m/s来计算出口总面积，其吸声效果由阻性段的长度及穿孔率所决定。5、扩张与列管阻抗复合消声器为了获得较大的消声效果，而且排气放空噪声中中高频段成分较大，吸声材料对中高频声波有较大的吸声系数。在欧洲一些火电厂使用扩张腔加列管吸声的阻抗复合消声器。五、消声设计程序1.噪声源的调查和特性分析。(声源解析、周围自然环境和声学环境条件等)2.噪声标准的确定。(根据评价区周围环境要求及国家相关声环境质量标准和噪声排放标准)3.消声量的计算。(根据管道截面，确定消声器通道结构；根据降噪要求，决定消声器的长度)4.选择消声器的类型。(根据气流性质，噪声的频谱，选定消声器的种类)5.检验。(验算消声效果，包括上下限截止频率的检验，压力损失，气流再生噪声是否在允许范围之内）作业：论文：消声控制技术和设备的发展状况与展望。字数：2000