消聲器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)

1、消聲器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)的機(jī)理特點(diǎn)及其在吸聲、消聲及隔聲領(lǐng)域的應(yīng)用本文論述了微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)的機(jī)理特點(diǎn)及其在吸聲、消聲及隔聲領(lǐng)域的應(yīng)用，并提供了本安百利輔機(jī)廠消聲器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能、規(guī)格以及制造工藝技術(shù)，可供專業(yè)人員參考?！娟P(guān)鍵詞】微穿孔板吸聲 消聲噴阻巖棉一、刖言著名的聲學(xué)專家、科學(xué)院院士馬大猷教授一九七五年在中國科學(xué)上發(fā)表了獨(dú)創(chuàng)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計(jì)論文。二十多年來，根據(jù)馬先生的理論，微穿孔板結(jié)構(gòu)得到了迅速發(fā)展，并 在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我安百利電力輔機(jī)廠是把馬先生的理論應(yīng)用于實(shí)踐的單位之一，生產(chǎn)制造了各 種規(guī)格的不同類型的消聲器，并將小孔噴注和微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)成功結(jié)合于抗

2、阻型消聲器中，并采用不銹鋼制造，使消聲器不怕水，耐溫防火，清潔，無污染，可耐高溫，耐腐蝕，能承受高連氣流沖擊。經(jīng)過上百家電廠及大型鍋爐排汽使用后，在吸聲降噪方面已經(jīng)得到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。被列為重要環(huán)保降噪工程單位。本文重點(diǎn)介紹微穿孔板消聲器的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，同時概述微穿孔板的加工制造技術(shù)。二、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)：在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔徑小于1.0毫米的微孔，穿孔率在15%之間，后部留有一定的厚度（520cm）的空氣層，空腔內(nèi)不填任何吸聲材料，這樣即構(gòu)成了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。常用單層或雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)形式。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是一種低聲質(zhì)量、高聲阻的共振吸聲結(jié)構(gòu)，其 性能介于多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)

3、之間，其吸聲頻帶寬度可優(yōu)于常規(guī)的穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。研 究表明，表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數(shù)和頻帶寬度，主要由微穿孔板結(jié)構(gòu)的聲質(zhì)量m和聲阻r來決定，而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關(guān)。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的相對聲阻抗Z （以空氣的特性阻抗p C為單位）用式（1）計(jì)算：z=r+jwm=jctg（WD/C）（ 1） 式中：p - 空氣密度（公斤/厘米3）;C - 空氣中聲速（米/秒）；D - 腔深（穿孔板與后壁的距離）（毫米）；m -相對聲質(zhì)量；r -相對聲阻；w - 角頻率，W=n f（f為頻率）；而r和m分別由式（2）（ 3）表達(dá)：r=atkr/dzp（2）m=（0.294） X 10 -

4、3tkm/p（3） 式中：t-板厚(毫米)d- 孔徑(毫米)p-穿孔率( %)kr-聲阻系數(shù)kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8 X d/tkm- 聲質(zhì)量系數(shù)km=1+(1+(1/(9+(x2/2)+0.85d/t其中 x=ab f ，a 和 b 為常數(shù)，對于絕熱板 a=0.147,b=0.32 對于導(dǎo)熱板 a=0.235 ， b=0.21 。聲吸收 的角頻帶寬度，近似地由 r/m 決定，此值越大，吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2) X (kr/km)(4) 式中l(wèi)-常數(shù)，對于金屬板 l=1140, 而隔熱板 l=500 。上式也可以用式( 5 )表達(dá)r/m=50f(kr/km

5、)/x2)(5)而 kr/km 的近似計(jì)算式為kr/km=0.5 0.1x 0.005x2 (6)利用以上各式就可以從要求的r、m、f求岀微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀，基聲阻r值比普通穿孔板大得多，而聲質(zhì)量m又很小，故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)大得多，一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲頻帶寬度可以達(dá)到610個 1/3 信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)。共振時的最大吸聲系數(shù)a 0為 a 0=4r/(1+r)2(7)具體設(shè)計(jì)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)時，可通過計(jì)算，也可查圖表，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相近。在實(shí)際工 程中為了擴(kuò)大吸聲頻帶的寬度，往

6、往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu)。三、微穿孔板消聲器微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)在消聲技術(shù)領(lǐng)域也早有十分廣泛的應(yīng)用，利用微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的微穿孔板消聲器種類繁多，最簡單的是直管式消聲器，而多數(shù)是阻抗復(fù)合式消聲器。微穿孔板消 聲器用金屬穿孔薄板制成，常見的微穿孔板可用鋼板 (管)、不銹鋼板 (管)、合金板 (管)等材料制做， 由于微穿孔板后的空氣層內(nèi)可填裝多孔性巖棉材料，即利用吸聲材料的阻性吸聲原理, 進(jìn)一步達(dá)到降噪消聲目的 . 其吸聲系數(shù)高，吸收頻帶寬，壓力損失很小，氣流再生噪聲低，且易于控制。為獲得寬 頻帶高吸收效果，一般用雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)。微穿孔板與外殼之間以及微穿孔板之

7、間的空腔尺寸大小 按需要吸收的頻帶不同而異，吸收低頻空腔大些( 150200 毫米)，中頻小些( 80120)毫米，高頻 更小些( 3050 毫米)，雙層結(jié)構(gòu)的前腔深度一般應(yīng)小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應(yīng)高于后層，為減小軸向聲傳播的影響，可在微穿孔板消聲器的空腔內(nèi)每隔 500 毫米左右加一塊橫向隔板。單層管式微穿孔板消聲器是一種共振式的吸聲結(jié)構(gòu)。對于低7）來計(jì)算微穿孔板頻消聲，當(dāng)聲波波長大于共振腔（空腔）尺寸時，可以應(yīng)用共振消聲器計(jì)算式（消聲器的消聲量 LTL：LTL=10lg(1+(a+0.25)/(a2+b2 X f/fo -fo/f)2) (分貝

8、)(7)式中a=rsb=sc/2 n fovr - 相對聲阻 s - 通道截面積（米 2）v -板后空腔體積（米 3）c -空氣中的聲速（米 / 秒）f - 入射聲波頻率（赫）f0 - 共振頻率（赫）f0=（c/2 n ） X （p/tD）1/2t=t+0.8d+1/3PD t - 微穿孔板的厚度（米）p - 穿孔率（ %）D - 板后空腔深度（米）D - 穿孔孔徑（米）對于中頻消聲，微穿孔板消聲器的消聲量可以應(yīng)用阻性消聲器的計(jì)算式（ 8 ）進(jìn)行計(jì)算：LTL= ( a 0)pL/s (分貝)(8) 式中ip（ a 0）- 消聲系數(shù)，它是與吸聲系數(shù)a 0有關(guān)的量，a 0和（ a 0）相互關(guān)系經(jīng)驗(yàn)值可由表查得P - 管道橫斷面的周長（米）L - 管道的長度（米）S - 管道橫截面面積（米 2）微穿孔板消聲器高頻消聲性能實(shí)測值比理論估算值要好。試驗(yàn)證明，消聲量與流速有關(guān)，與消聲 器溫升無關(guān)。流速增高，氣流再生噪聲提高，消聲性能下降，金屬微穿孔板消聲器可承受較高氣流速 度的沖擊，當(dāng)流速達(dá)到 70米/秒時，仍有 10分貝以上的消聲量。這也是微穿孔板消聲器優(yōu)于一般阻 性消聲器的又一重要特點(diǎn)。我安百利電力輔機(jī)廠生產(chǎn)的抗噴阻型消聲器對高頻高壓高汽流場所又結(jié)合用消聲原理中的抗性 原理（即