第八章消聲器

1、第八章 消聲器 消聲器的評價指標消聲器的評價指標 阻性消聲器阻性消聲器 抗性消聲器抗性消聲器 阻抗復合式消聲器阻抗復合式消聲器 消聲器的設計消聲器的設計 簡介簡介排氣噪聲聲源排氣噪聲聲源空氣動力噪聲空氣動力噪聲這股氣流是穩(wěn)定的空氣動力噪聲取決于排氣管道的直徑,排氣系統(tǒng)的結構低轉速時，是主要成份沖擊噪聲沖擊噪聲排氣管道中不穩(wěn)定的氣流會對管道產生沖擊，從而形成沖擊噪聲。比如，排氣多支管彎曲段的弧度太小，發(fā)動機出來的氣流會對它產生強烈的沖擊，從而發(fā)出“砰、砰”的沖擊噪聲。在管道截面積突然變化的時候，也會產生沖擊噪聲輻射噪聲輻射噪聲機械振動穩(wěn)定的空氣氣流。這種穩(wěn)定的氣流會對薄板結構施加穩(wěn)定脈動力不穩(wěn)定

2、氣流，當管道中的氣流速度非常高的時候，在管壁附近就會形成紊流輻射噪聲的大小取決于這些板結構的幾何尺寸、結構形狀、剛度等。輻射噪聲的頻率與薄板結構振動的頻率是一致的解決途徑解決途徑減少激勵改變結構的特征，如質量、剛度和阻尼等溫度對聲速的影響溫度對聲速的影響 c=331.3+(0.606t)m/s (t=攝氏氣溫)消聲器的評價指標消聲器的評價指標 消聲量 消聲頻率范圍 阻力損失（功率損失）消聲量消聲量 評價排氣消聲器的消聲量常用指標有插入損失評價排氣消聲器的消聲量常用指標有插入損失IL和傳和傳遞損失遞損失TL兩項兩項12ppILLL式中式中 為安裝消聲器前后在某測點測得的聲壓。為安裝消聲器前后在某

3、測點測得的聲壓。1, 2pp 由于插入損失易于現(xiàn)場測量，非常實用，被由于插入損失易于現(xiàn)場測量，非常實用，被GB4759-84內燃機排氣消聲器測量方法內燃機排氣消聲器測量方法規(guī)定作為消聲器評價指標。在規(guī)定作為消聲器評價指標。在測量插入損失時需注意本底噪聲的影響，同時應在未裝消聲器測量插入損失時需注意本底噪聲的影響，同時應在未裝消聲器時，在排氣管口加裝一段與消聲器等長的空管，以保證在安裝時，在排氣管口加裝一段與消聲器等長的空管，以保證在安裝消聲器前后測點不變時測距也不變。消聲器前后測點不變時測距也不變。112210lgwwWTLLLW傳遞損失傳遞損失TL定義為消聲器入口和出口處的聲功率之差，它定義

4、為消聲器入口和出口處的聲功率之差，它反映了消聲器入口的入射聲能與出口的透射聲能之比反映了消聲器入口的入射聲能與出口的透射聲能之比式中，式中，W1和和W2為消聲器入口和出口的聲功率；為消聲器入口和出口的聲功率；Lw1、Lw2為入口和出口的聲功率級。為入口和出口的聲功率級。 傳遞損失的特點是僅反映消聲器本身的傳遞特性，而不傳遞損失的特點是僅反映消聲器本身的傳遞特性，而不受聲源管道系統(tǒng)和消聲器出口端尾管的影響，即與聲源、消受聲源管道系統(tǒng)和消聲器出口端尾管的影響，即與聲源、消聲器出口端阻抗無關。因此傳遞損失和插入損失在數值上略聲器出口端阻抗無關。因此傳遞損失和插入損失在數值上略有差異。有差異。 一般不

5、直接測量聲功率級，而是通過聲壓級的測量，然一般不直接測量聲功率級，而是通過聲壓級的測量，然后再計算出傳遞損失。如何在消聲器入口和出口處開孔，由后再計算出傳遞損失。如何在消聲器入口和出口處開孔，由開孔處測得的聲壓級近似地計算出聲功率級。開孔處測得的聲壓級近似地計算出聲功率級。消聲頻率范圍消聲頻率范圍 僅知道消聲器的總消聲量是不夠的，還必須了解消聲僅知道消聲器的總消聲量是不夠的，還必須了解消聲器的頻率特性，即在各頻率或頻帶上的消聲量。一般以倍器的頻率特性，即在各頻率或頻帶上的消聲量。一般以倍頻程和頻程和1/3倍頻程來表示消聲器的頻率特性，進行較深入的倍頻程來表示消聲器的頻率特性，進行較深入的分析時

6、也可用窄帶譜來表示。消聲頻率范圍就是指消聲量分析時也可用窄帶譜來表示。消聲頻率范圍就是指消聲量顯著的頻率或頻帶，這方面沒有統(tǒng)一的定量評價指標，顯著的頻率或頻帶，這方面沒有統(tǒng)一的定量評價指標，一一般要求所消聲的有效頻帶越寬越好，人敏感的頻率范圍應般要求所消聲的有效頻帶越寬越好，人敏感的頻率范圍應有足夠的消聲量，聲源輻射噪聲大的頻段應有較大的消聲有足夠的消聲量，聲源輻射噪聲大的頻段應有較大的消聲量。量。阻力損失（功率損失）阻力損失（功率損失） 為了考查排氣消聲器對內燃機性能的影響，通常采用功率為了考查排氣消聲器對內燃機性能的影響，通常采用功率損失比來評價。消聲器的功率損失比損失比來評價。消聲器的功

7、率損失比Rn是內燃機在標定工況下是內燃機在標定工況下不使用消聲器與使用消聲器時的相對功率損失百分比的百分比，不使用消聲器與使用消聲器時的相對功率損失百分比的百分比，即即 122100%nNeNeRNe 在測量消聲器功率損失比時，應遵照有關內燃機臺架試驗方在測量消聲器功率損失比時，應遵照有關內燃機臺架試驗方法的標準規(guī)定進行。此外應注意在裝換消聲器前后盡量保證試法的標準規(guī)定進行。此外應注意在裝換消聲器前后盡量保證試驗環(huán)境、機器狀態(tài)不發(fā)生變化，以免造成誤差。一般要求功率驗環(huán)境、機器狀態(tài)不發(fā)生變化，以免造成誤差。一般要求功率損失比損失比Rn5。消聲器的分類消聲器的分類阻性消聲器阻性消聲器主要是利用吸聲

8、材料增大聲阻消聲器，具有良好的中、高頻消聲效果，目前應用最廣。抗性消聲器抗性消聲器利用管道截面突變、旁支管和共振腔等造成聲傳播時阻抗失配（主要是聲抗），從而達到消聲的目的。中、低頻消聲效果好，汽車拖拉機中應用普遍。阻抗復合式消聲器阻抗復合式消聲器兼容以上兩者的特點，消聲頻帶寬阻性消聲器阻性消聲器阻性消聲器消聲量的計算阻性消聲器消聲量的計算一、 聲波在阻性管道中的聲衰減量計算A.N別洛夫由一維理論推導出阻性直管消聲器的聲衰減量為00() 與 的關系 可見， 阻性直管消聲器的消聲量與吸聲材料的聲學性能、 氣流通道周長、 氣流通道截面面積以及管道長度等因素有關。增加 L/S 可提高消聲量， 對同樣大

9、小截面的管道，L/S比值以長方形為最大， 方形次之， 圓形最小。式中， 為吸聲材料無規(guī)入射時的平均吸聲系數， 為便于計算， 表中列出了 與 的關系。 1.4 其中在設計中還經常用到經驗公式，即： 正入射吸聲系數； 消聲器的長度，m； 消聲器的斷面積，m2； 消聲器的周長，m；LSPLp03 . 10LSP二、 高頻失效頻率以上消聲量的估算上限失效頻率 f上 可用下列經驗公式計算：c1.85Df上式中 c-聲速，m/s ； D-消聲器氣流通道的當量直徑、m， 其中圓形管道取直徑， 矩形管道 ；a、b 分別為長和寬。D=1.13 a b當頻率高于失效頻率時， 每增高一個倍頻程， 其消聲量比失效頻率

10、處的消聲量降低1/3， 具體可用下式估算33NRR 式中 R高于失效頻率的某倍頻帶消聲量， dB； R失效頻率處的消聲量， dB； N高于失效頻率的倍頻程頻帶數。下限截止頻率 當頻率太低時，吸聲能力也會顯著下降，材料的 小，當 下降到0.5時，與其對應的頻率稱為 .： 聲速，344m/s 吸聲材料厚度,（m）下限fDcf12下限cD阻性消聲器的類型阻性消聲器的類型 阻性消聲器按氣流通道幾何形狀不同， 除直管式消聲器外， 還有片式、 折板式、 迷宮式、 蜂窩式、 聲流式、 盤式、 彎頭式、 百葉式消聲器 （消聲百葉） 等， 結構示意如圖（ a） 直管式； （ b） 片式； （c ） 折板式； （

11、d ） 迷宮式； （ e） 蜂窩式；（ f） 聲流式； （ g） 盤式； （ h） 消聲彎頭不同的阻性消聲器的特性及應用條件(1)管式消聲器結構簡單、阻力小，但允許通過的風量小由于管內風速v，v可在1525m/s范圍內選取，Q已知，用上式可求出300mm 時，可用管式；300mm500mm,可在管內加消聲芯子；500mm,則要用折板式、蜂窩狀消聲器241QSQv(2)片式消聲器流量大需要大，即斷面大時，可選用片式消聲器片間距一般250mm，片的寬度可任取。片間距愈小，聲波與吸聲材料接觸的機會愈多，愈大間距不變，增加片數，可增大過風斷面，增加過風量(3)折板式消聲器，如下圖所示 大， 阻力也大，

12、 為了降低阻力，使1、2、3、4、5、6、7點在一直線上即可。(4)正弦波消聲器 大， 阻力相對小。LpLp 5.室式消聲器， 聲波進入室內多次反射，斷面多次變化 大， 阻力大。 適于低速進排風系統(tǒng)消聲，通風動力大的條件下。 6. 蜂窩狀消聲器 每個蜂窩尺寸以小于等于300300mm為宜。Lp阻性消聲器的設計方法及步驟 1.確定各頻帶的 ； 2.確定 、 ； 3.根據 定消聲器單個通道的直徑d Lp上f上限fcd85. 1下ff4.根據 確定吸聲材料的厚度 5.根據需要處理量和選定的風速確定消聲器的凈過風斷面 S m26.選定阻性消聲器的類型： 若風機管道Dd(由Step3算出的)，則可選用圓

13、管式消聲器；300mm 時，可用管式；300mm500mm,可在管內加消聲芯子；500mm,則要用折板式、蜂窩狀消聲器下f下限fcD12vQS 7.蜂窩個數的確定8.選吸聲材料9. 計算消聲器的長度 多通道的仍按單通道的計算。10.選護面 241dSnSPLpLii03 .1iL例： 某工廠一空壓機，從直徑d=150mm的管道中輻射出的噪聲頻譜見下頁表，試設計一臺消聲器，使聲壓級輻射出的機器噪聲符合N85曲線。 管內風量：Q=1200m3/h 解: (1) 求需要降低的聲壓級.空壓機頻譜列入下表第一行;.選定消聲器的類型： 暫時選直管式消聲器(因為D300mm)，其直徑為d： 因為空壓機排風管

14、d=150mm,而算出來的d為159mm,(選用直徑越小，對應的上限頻率越大)，所以消聲器的直徑可取d=150mm。 mfcd159. 0400034485. 185. 1上序號項目名稱 倍頻程中心頻率（Hz）說明1252505001000200040001空壓機頻譜80929610110593實測2噪聲允許標準（N85）曲線979389858380在N曲線上查得3需要降低的噪聲量（dB）0071622134吸聲材料吸聲系數0.060.160.680.98.0930.905消聲器長度0.300.480.700.43管內風速因為v2025m/s，對 無影響，所以暫選消聲器合適。(2)確定消聲器的

15、其他尺寸 .吸聲材料的厚度D 由消聲器的下限截止頻率 可得出確定吸聲材料厚度D的公式，由表中可知， f下限=500HZ,則： D=c/(12* f下限)=344/(12*500)=57mm，取60mm。 . 選吸聲材料 選超細玻璃棉，其吸聲系數列入第4行。smv/1915. 041360012002Lp1 2cfD下 限 .計算消聲長度 選用比較常見的經驗公式計算，依次算出L1000 、L2000、 L4000，列入表第5行，取L=0.70m.計算消聲器上限截止頻率f上限 f上限1.85c/d=1.85*3.44/0.15=4243Hz f上限4000Hz，合乎要求。.消聲器示意圖：見圖10-

16、2-6。SPLpLii003.1mAPLdBLpHzfmdPmdS3.068.03.1/7750047.0018.040500022時，抗性消聲器抗性消聲器一、分類1.擴張室消聲器 a. 橫斷面突變消聲器 b. 單室擴張室消聲器 c. 單室內接管擴張室消聲器 d. 雙室內接管擴張室消聲器2. 共鳴型消聲器 a. 單孔共鳴型消聲器： -入射波聲壓； -反射波聲壓 -共振腔聲波聲壓； -透射波聲壓 當 時，共振，消聲量達到最大 b. 多孔共鳴型消聲器：iprpbptp0ff 3.干涉消聲器干涉消聲器4 4、微穿孔板消聲器聲波衰減主要依賴于微孔中摩擦一、特性 (見下圖) (1)孔小，d1mm,聲阻大

17、，吸聲系數大； (2)穿孔率(1%3%)底，(一般穿孔板的穿孔率20%25 )，吸聲頻帶增寬； (3)板薄，=1mm,易與孔中空氣柱共振； (4)板后空腔深度能控制吸聲峰的位置，空腔愈深，共振頻率愈低。二、優(yōu)缺點 優(yōu)點：構造簡單，消聲頻帶寬，耐高溫，不怕油霧、粉塵的侵蝕； 缺點：不易加工，工時多，成本高；二、抗性消聲器的優(yōu)缺點優(yōu)點：結構簡單，易于維護，對低頻消聲效果好，性能穩(wěn)定。缺點：消聲頻帶窄，對中高頻消聲效果不好。三、抗性消聲器的消聲原理 1. 擴張室消聲器：（1）消聲原理：式中： 122222sin)1(25. 01lg10SSmcfkklmmLp最小時，最大時，LpklLpkl0sin

18、1sin由上述計算公式聯(lián)立可知： 的大小除與 有關外，還與 有關： 當 或 的奇數倍時， 有最大值； 當 的偶數倍時， =0； 所以，它只能對某些 消聲，而對另一些 的聲音不消聲， 由(1)式作出的 在特性圖中查找。 已知 ，算出 ，并已知道 ,即可查出 LpLpLp4L2LfL4LLpffml，Lpf)(fc擴張式消聲器的消聲特性擴張式消聲器的消聲特性 例如： 一腔長 ，膨脹比 的單腔消聲器對500頻率聲音的透射損失，先算出 然后在特性曲線的坐標處作垂直線交 的曲線，從交點引水平線交于左邊縱坐標上17.5dB, 即為該消聲器對該頻率的透射率。 可見，當腔長一定時，該消聲器只消除一種頻率的聲音

19、，為了同時消除幾個頻率的聲音,需用不同長度的消聲器串聯(lián)。 下頁圖中所示的是采用內插管的辦法來消除不消聲的通過頻率，在擴張室進口和出口處分別插入長為l/2和l/4的兩根小管，使向前傳播的聲波遇到管子不同界面與反射的聲波相差1800的相位，二者振幅相等,相位相反，相互干涉，達到消聲的目的。cml1715m55.134417.050014.322cflkl15m帶插管的擴張室消聲器消聲性能(2) 設計步驟 確定 計算消聲器的長度 LplmdDdDmmLpflkllkLpklfcl，計算腔的直徑（或算出）在圖上查出和、據時，最大時，的奇數倍，224412sin42sinsin4,21sin42、單腔共

20、振式消聲器、單腔共振式消聲器 共振式消聲器是由一段開有一定數量小孔的管道同管外一個密閉的空腔連通而構成一個共振系統(tǒng)， 利用共振吸聲原理進行消聲的。其最簡單的結構形式是單腔共振消聲器，如下圖所示。消聲量的計算消聲量的計算當聲波波長大于共振腔消聲器的最大尺寸的 3倍時， 其共振吸收頻率為忽略共振吸聲結構聲阻的影響， 單腔共振式消聲器對頻率為 的聲波的消聲量為阻抗復合式消聲器阻抗復合式消聲器 一、幾種復合式消聲器： (1)(1)擴張室與阻性組合 (2)(2)擴張室與阻抗組合 (3)(3)共鳴型與阻抗組合 (4)(4)共鳴型與阻性組合二、優(yōu)缺點二、優(yōu)缺點 優(yōu)點：綜合了阻抗消聲器的優(yōu)點； 缺點：綜合了阻

21、抗消聲器的缺點；幾種阻抗復合式消聲器幾種阻抗復合式消聲器1、節(jié)流降壓型消聲器 減小噴流壓力與大氣壓力之差，可降低噪聲。把原來的排氣口直接放空，改為通過多層節(jié)流降壓裝置，把壓力降下來再排放，將壓力突變改為壓力漸變排空，如圖所示。放空排氣消聲器放空排氣消聲器2、小孔噴注消聲器 孔越小，流速越高，噪聲頻率也會越高，當小孔小到一定數值，使f20000HZ，噴射噪聲移到人耳不敏感的特高頻范圍，人耳反聽不到聲音。噴口的有效面積由以下式求得(如圖所示）小孔的有效面積 與幾何面積 的關系為：AAe62. 0Ae噴注氣體的絕對溫度噴注壓力氣體的定壓比熱）質量流量（TpCKmkgGKKCKaaPTGAepKKP

22、氣體的比熱體/)12()1(3)1(21A 小孔直徑可取1mm或2mm，定孔數，實際的比計算出來的多一倍， 單層1mm小孔可消2028dB，單層2mm小孔可消1621dB，節(jié)流降壓與小孔噴注相結合可消聲3540dB。3、多孔擴散消聲器：消聲器設計消聲器設計消聲器的設計程序可分為 5個步驟一、一、 噪聲源現(xiàn)場調查及特性分析噪聲源現(xiàn)場調查及特性分析二、二、 噪聲標準的確定噪聲標準的確定三、三、 消聲量的計算消聲量的計算四、四、 選擇消聲器類型選擇消聲器類型五、五、 檢驗檢驗對空氣動力性噪聲源安裝使用情況， 周圍的環(huán)境條件， 有無可能安裝消聲器， 消聲器安裝在什么位置， 與設備連接形式等應做現(xiàn)場調查

23、記錄， 并作出初步考慮， 以便合理地選擇消聲器。根據國家有關聲環(huán)境質量標準和噪聲控制標準， 確定噪聲應控制在什么水平上， 即安裝所選用的消聲器后， 能滿足何種噪聲標準的要求。計算消聲器所需的消聲量 ， 對不同的頻帶消聲量要求是不相同的， 應分別進行計算。根據氣流性質、 需安裝消聲器的現(xiàn)場情況及各頻帶所需的消聲量， 綜合平衡后確定消聲器類型、 結構、 材質等。根據所確定的消聲器， 驗算消聲器的消聲效果， 包括上下限截止頻率的檢驗， 消聲器的壓力損失、 氣流再生噪聲是否在允許范圍之內。甚至根據實際消聲效果， 對未能達到預期要求的需修改原設計方案并作出補救措施。例.設一空壓機在150Hz有一噪聲峰值

24、，試設計一個擴張室消聲器裝在空壓機進氣口上(空壓機進氣口直徑為200mm)，要求消聲器在150Hz上最少有20dB的消聲量。解：要求f=150Hz時，(1)消聲器長度(2)由查圖右圖， 時，m=20由dBLp20mfcL57. 015043444457. 157. 034415022lcfklmmmdDdDm89447. 42002022dBLp20例：例：某型號風機， 風量為 ，進氣管口直徑為200mm 。在距進氣口3m處測得的噪聲頻諸如下表所列。要求消聲后在距進氣口3m處達到NR90 ， 試對進氣口作阻性消聲器設計。解：1、根據在進氣口測得的噪聲頻譜（表中第1行）和NR90的降噪要求（第2行）確定所需的消聲量（第3行）； 2、根據風機的風量和管徑， 可選定直管阻性消聲器形式，消聲器氣流通道的截面周長與截面積之比（第4行）； 3、根據使用環(huán)境和噪聲頻譜， 吸聲材料選用密度為25kg/m3 的超細玻璃絲棉，厚度取150mm