消聲器結構設計48586課件

1、消音器結構設計課題目的： 了解常見消音器種類、消音原理及常見消音器設計中應注意的問題和設計方法2022/9/251消音器結構設計課題目的：2022/9/241目錄1 消聲器性能評價2 消聲器的分類和消聲機理3 阻性消聲器4 抗性消聲器5 其他消聲器6 消聲設計及總結2022/9/252目錄1 消聲器性能評價2022/9/2421 消聲器性能評價消音器的性能主要包括：聲學性能、空氣動力性能、結構性能具體來講，對一個好的消聲器要有五方面的基本要求：1）聲學性能要求。具有高的消聲值和寬的消聲頻率，即在所需要的消聲頻率范圍有足夠大的消聲量；2）空氣動力性能要求。消聲器的氣流阻力小，安裝消聲器后所增加的

2、阻力損失，要控制在實際容許的范圍內(nèi)；3）機械結構性能要求。體積小，重量輕，結構簡單，便于加工，安裝和維修；4）外形和裝飾的要求。符合實際安裝空間的需要，美觀大方，表面裝飾與設備相協(xié)調(diào)5）價格費用要求。制造成本低，使用壽命長。2022/9/2531 消聲器性能評價消音器的性能主要包括：2022/9/241.1 聲學性能評價消聲器聲學性能評價量有： 插入損失(IL)、傳聲損失(TL)、減噪量(LNR)、衰減量(LA)。1.插入損失(IL)：系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某點測得的聲功率級之差。在聲場分布情況近似保持不變時，也可用指定測點上聲壓級差代替。2.傳聲損失(IL)：消聲器進口端聲功率級與出口

3、端聲功率級之差。由于聲功率不宜直接測量，一般通過聲壓求得。傳聲損失僅反映消聲器本身的特性，不受聲源、管道及出口端的影響。3.減噪量(LNR)：消聲器進、出口端測得的平均聲壓級之差。2022/9/2541.1 聲學性能評價消聲器聲學性能評價量有：2022/9/1.2 空氣動力性能消聲器的空氣動力性能：是指消聲器對氣流阻力的大小。通常用阻力系數(shù)或阻力損失來表示，包括摩擦阻力損失和局部阻力損失兩部分。阻力系數(shù)：消聲器安裝前后的全壓差與全壓之比。阻力損失：出口端流體靜壓比進口端降低的數(shù)值。摩擦阻損:是由于氣流與消聲器各壁面之間的摩擦而產(chǎn)生的阻力損失。局部阻損:是指氣流通過在消聲器截面突變處產(chǎn)生的阻力損

4、失。如擴展、收縮、轉(zhuǎn)彎等。2022/9/2551.2 空氣動力性能消聲器的空氣動力性能：是指消聲器對氣流1.3 結構性能消聲器結構性能: 是指它的外形尺寸、堅固程度、維護要求、使用壽命等，它也是評價消聲器性能的一項指標。好的消聲器除應有好的聲學性能和空氣動力性能之外；還應該具有體積小、重量輕、結構簡單、造型美觀、加工方便、同時要堅固耐用、使用壽命長、維護簡單和造價便宜等特點。評價消聲器的上述三個方面的性能，既互相聯(lián)系又互相制約。從消聲器的消聲性能考慮，當然在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好；但是同時必須考慮空氣動力性能的要求。例如，汽車上的排氣消聲器如果阻損過大，會使功率損失增加，甚至影響車輛行

5、駛。在兼顧消聲器聲學性能和空氣動力性能的同時，還必須考慮結構性能的要求，不但要耐用，還應避免體積過大、安裝困難等情況。在實際運用中，對這三方面的性能要求，應根據(jù)具體情況做具體分析，并有所側重。2022/9/2561.3 結構性能消聲器結構性能: 是指它的外形尺寸、堅固程2 消聲器的分類和消聲機理消聲器類型很多，按其降噪原理主要有如下幾種類型：2.1 阻性消聲器2.2 抗性消聲器2.3 復合式消聲器2.4 微穿孔消聲器2.5 噴注型消聲器2022/9/2572 消聲器的分類和消聲機理消聲器類型很多，按其降噪原理主要2 消聲器的分類和消聲機理分類圖例消聲器 阻性消聲器抗性消聲器阻抗復合式消聲器微穿

6、孔板消聲器擴散性消聲器 擴張室消聲器共振腔消聲器干涉式消聲器無源消聲器有源消聲器小孔消聲器多孔擴散消聲器節(jié)流減壓消聲器2022/9/2582 消聲器的分類和消聲機理分類圖例消阻性消聲器抗性消聲器阻2.1 阻性消聲器消聲原理：利用吸聲材料消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中排列起來，就構成了阻性消聲器，與電學類比，吸聲材料就相當于電阻，故稱阻性消聲器。包括的形式：直管式、片式、折板式、聲流式、蜂窩式、彎頭式等。消聲的頻率特性：具有中、高頻消聲性能。適用范圍：消除風機、燃氣輪機進氣噪聲（即氣體流速不大的情況）。2022/9/2592.1 阻性消聲器消聲原理：利用吸聲材料消聲。把

7、吸聲材料固2.2 抗性消聲器消聲原理：通過控制聲抗的大小來進行消聲的。與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料而是在管道上接截面積突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗的改變，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而在消聲器的外測，達到了消聲的目的。包括的形式：擴張室式、共振腔式 、干涉型。消聲的頻率特性：具有中、低頻消聲性能。適用范圍：消除空壓機、內(nèi)燃機、汽車排氣噪聲（氣體流速較高氣速的情況）2022/9/25102.2 抗性消聲器消聲原理：通過控制聲抗的大小來進行消聲的2.3 阻抗復合式消聲器消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當結構復合起來而構成的?？啥ㄐ缘卣J為阻性和抗性在

8、同一頻帶的消聲值的疊加（并非簡單的疊加關系）。包括的形式：阻擴型、阻共型、阻擴共型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻消聲性能。適用范圍：消除鼓風機、大型風洞、試車臺噪聲。2022/9/25112.3 阻抗復合式消聲器消聲原理：把阻性與抗性兩種消聲原理2.4 微穿孔板消聲器消聲原理：利用微穿孔板吸聲結構制成的消聲器。包括的形式：單層微穿孔板、雙層微穿孔板等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。適用范圍：適于高溫、潮濕，有水、有油霧及特別清潔衛(wèi)生的場合。2022/9/25122.4 微穿孔板消聲器消聲原理：利用微穿孔板吸聲結構制成的2.5 小孔噴注消聲器消聲原理：不是在聲音發(fā)出后進行

9、消除，而是從發(fā)生機理上使干擾噪聲減小。噴注噪聲值頻率與噴口直徑成反比，如果噴口直徑變小，噴口輻射的噪聲能量將從低頻移向高頻(頻移)，于是低頻噪聲被降低，而高頻噪聲反而升高，如果孔徑小到一定值時，噴注噪聲將移到人耳不敏感的頻率范圍。包括的形式：小孔噴注型 、降壓擴容型、多孔擴散型 、引射摻冷型等。消聲的頻率特性：具有低、中、高頻的寬帶消聲性能。適用范圍：消除壓力氣體排放噪聲，如鍋爐排氣、高爐放氣、化工廠工藝氣體放散。2022/9/25132.5 小孔噴注消聲器消聲原理：不是在聲音發(fā)出后進行消除，3 阻性消聲器理論計算公式：其中：F消聲器氣流通道斷面周長，m； S消聲器的氣流通道截面積，m2； l

10、消聲器的有效長度，m； (0)與材料的吸聲系數(shù)有關的消聲系數(shù)。H.J. 賽賓 經(jīng)驗公式：降噪量與材料吸聲性能周長/截面比有關。I2022/9/25143 阻性消聲器理論計算公式：I2022/9/24143.1 阻性消聲器的聲衰減量例: 選用同一種吸聲材料(平均吸聲系數(shù)為0.46)襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m，管道有效截面積1500cm2。當截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最?。拷猓?)當管道為圓形時，因為管道的有效直徑為：截面周長為:聲衰減為：2022/9/25153.1 阻性消聲器的聲衰減量2022/9/24153.1 阻性消聲器的聲衰減

11、量2)當管道為正方形時，管道的截面周長為： 聲衰減為：3)當管道為1:5矩形，管道的截面長、寬分別為： 管道的截面周長為： 聲衰減為：因此，有：L3L2 L1。 即：管道截面面積一定時，截面為矩形管道的聲衰減量最大，截面為圓形管道的聲衰減量最小。2022/9/25163.1 阻性消聲器的聲衰減量2)當管道為正方形時，管道的截面3.2 阻性消聲器的高頻失效頻率在單通道直管消聲器中，高頻聲隨著通道面積的增大消聲效果顯著下降。由于頻率超過一定的數(shù)值，不符合平面波傳播規(guī)律，窄束傳播的聲波不與吸聲材料接觸，消聲效果下降。當聲波波長小于通道截面尺寸一半時，消聲效果下降，將這一頻 率稱為高頻失效頻率。其經(jīng)驗

12、公式：式中：c聲速ms-1； 消聲器通道截面當量邊長m(圓形管道為直 徑；矩形管道為邊長平均值，其他管道取面積的開方值)。若ffc,每增加一個倍頻程，消聲量下降1/3，其估算公式： f高于fc的倍頻程帶數(shù)。將大風量粗管道應設計成多通道。2022/9/25173.2 阻性消聲器的高頻失效頻率在單通道直管消聲器中，高頻聲3.3 氣流速度對阻性消聲器的影響主要表現(xiàn)在兩個方面： 1) 氣流的存在引起了消聲器內(nèi)聲傳播和聲衰減規(guī)律變化。 A)順流時(氣流與聲傳播方向一致)，由于氣體流速在管 道內(nèi)不均一，根據(jù)折射原理，聲波向管壁彎曲，促進 消聲降噪； B)逆流時(氣流與聲傳播方向相反) ，聲波向管道中心彎

13、曲，導致聲波與吸聲材料接觸減少，不利于消聲降噪。 2) 氣流在消聲器內(nèi)產(chǎn)生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲。 氣流經(jīng)過消聲器通道時，因局部阻力或摩擦阻力而產(chǎn)生 湍流，相應輻射一些噪聲；氣流激發(fā)消聲器構件振動而 輻射噪聲。氣流速度越高，氣流再生噪聲越大。2022/9/25183.3 氣流速度對阻性消聲器的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：2023.3 氣流速度對阻性消聲器的影響在直通管道消聲器內(nèi)氣流再生噪聲的估算公式為：氣流再生噪聲通常是低頻噪聲，隨著頻的增高聲級逐漸下降。氣流再生噪聲的倍頻程聲壓級公式為：一個消聲器具體應用到現(xiàn)場時，氣流究竟對它的性能影響有多大，需結合噪聲源強度、氣流速度大小以及消聲器結構等

14、因素進行具體分析；不同的結構，氣流在管道中允許風速不同。2022/9/25193.3 氣流速度對阻性消聲器的影響2022/9/24193.4 常用阻性消聲器的類型1.直管式 2.片式 3.蜂窩式4.折板式 5.聲流式6.室式 7.迷宮式8.盤式 9.彎頭式 常見阻性消音器種類及圖例2022/9/25203.4 常用阻性消聲器的類型1.直管式 常見阻性消音器種類及3.4 常用阻性消聲器的類型1.直管式 優(yōu)點：結構簡單，制作便。缺點：對低頻消聲效果差。適用范圍：適合于截面小、低速的管道。2022/9/25213.4 常用阻性消聲器的類型1.直管式 2022/9/2423.4 常用阻性消聲器的類型2

15、.片式 優(yōu)點：結構不復雜，中、高頻消聲效果好，阻力系數(shù)較小。缺點：低頻消聲效果不顯著。適用范圍：適合于大流量、大 截面的情況。2022/9/25223.4 常用阻性消聲器的類型2.片式 23.4 常用阻性消聲器的類型3.蜂窩式優(yōu)點：中、高頻消聲效果好，可根據(jù)不同的適應范圍，設計單元結構。缺點：阻力損失較大，阻力系數(shù)一般在1-1.5之間。適用范圍：用于大截面的管道。風量較大、流速較低的情況。2022/9/25233.4 常用阻性消聲器的類型3.蜂窩式2022/9/24233.4 常用阻性消聲器的類型4.折板式 優(yōu)點：增加了聲波的傳播路程，增大了材料與聲波的接觸，中高頻消聲效果較好。缺點：大大增加

16、了阻力損失。適用范圍：適用于壓力和噪聲較高的設備。用于對聲學性能要求較高的場合。 2022/9/25243.4 常用阻性消聲器的類型4.折板式 2022/9/243.4 常用阻性消聲器的類型5. 聲流式 優(yōu)點：可達到高消聲、低阻損的要求，阻力系數(shù)介于片式和折板式消聲器之間。缺點：加工復雜，造價較高。適用范圍：適用于大斷面流通管道，對于阻力損失要求較嚴格的場合。2022/9/25253.4 常用阻性消聲器的類型5. 聲流式 20223.4 常用阻性消聲器的類型6.室式 優(yōu)點：消聲頻帶較寬，消聲量較大。缺點：阻力損失較大，占用空間也大。適用范圍：一般適用于有空間、低速進排風的場合。2022/9/2

17、5263.4 常用阻性消聲器的類型6.室式 2022/9/24263.4 常用阻性消聲器的類型 7.迷宮式 優(yōu)點：可用于流量大、流速低，要求消聲量高的情況。缺點：氣流速度不能過大，否則產(chǎn)生的阻力損失較大。適用范圍：對于阻力損失要求不嚴的場合。2022/9/25273.4 常用阻性消聲器的類型 7.迷宮式 3.4 常用阻性消聲器的類型8.盤式 優(yōu)點：阻損小，體積小，重量輕、安裝簡便，軸向尺寸小。缺點：結構復雜，制作成本高，變截面計算復雜。適用范圍：用于鍋爐鼓風機進風口消聲、各類風機進風口或管道開口端。隔聲罩、室頂部散熱消聲器風口。2022/9/25283.4 常用阻性消聲器的類型8.盤式 23.

18、4 常用阻性消聲器的類型9.彎頭式優(yōu)點：結構簡單、體積小，占地少，在通風空調(diào)工程中應用普遍缺點：增大了氣流阻力適用范圍：管道改向等2022/9/25293.4 常用阻性消聲器的類型9.彎頭式2022/9/24294 抗性消聲器抗性消聲器具有不需要使用多孔吸聲材料；耐高溫、抗潮；流速較大，潔凈；對低頻、窄帶噪聲有較好的效果。常用抗性消聲器的類型 1.擴張室式消聲器 2.共振式消聲器 3.干涉式消聲器2022/9/25304 抗性消聲器抗性消聲器具有2022/9/24304.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）1. 消聲原理： 聲波在管道截面的突然擴張(或收縮)，造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使聲波傳播方向發(fā)

19、生改變，在管道內(nèi)發(fā)生反射、干涉等現(xiàn)象，從而達到消聲的目的。2. 消聲量計算： (單節(jié)) 其中m=S2/S1=S2/S3稱為消聲器擴張比，l為擴張室長度。 S消聲器的氣流通道截面積m2， k-轉(zhuǎn)換系數(shù)3. 頻率特性： 當: 當:2022/9/25314.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）1. 消聲原理：20224.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）單節(jié)擴張室消聲器頻率特性曲線2022/9/25324.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）單節(jié)擴張室消聲器頻率特性4.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）4. 改善消聲特性的方法：單節(jié)擴張室的主要缺點在kl=n處傳聲損失為零，即存在很多通過頻率。解決的方法有 多節(jié)

20、擴張室串聯(lián)：每節(jié)的通過頻率不同，提高消聲量。插入內(nèi)接管：擴張室兩端個插入l/2和l/4的管分別消除n為奇數(shù)和偶數(shù)的通過頻率。2022/9/25334.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）4. 改善消聲特性的方法4.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）兩節(jié)擴張室消聲器頻率特性曲線2022/9/25344.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器）兩節(jié)擴張室2022/9/4.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器） 5. 上下限截止頻率：擴張室截面增大同樣存在高頻聲波窄束傳播失效，因此有上線頻率：對于低于某一頻率的聲波也將失去消聲作用，存在下限頻率：2022/9/25354.1 擴張室消聲器（膨脹式消聲器） 5. 上下限截

21、止4.2 共振式消聲器1. 消聲原理： 利用共振吸聲原理，在聲波的作用下，管壁空氣柱產(chǎn)生振動，振動時，氣柱與腔口壁摩擦使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散；同時由于聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導致聲能衰減。當系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。2. 消聲量的計算：聲阻抗的突變而使聲波發(fā)生反射和干涉現(xiàn)象，導致聲能衰減。當系統(tǒng)固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗聲能最多，消聲量最大。3. 共振頻率： 某一頻帶內(nèi)的消聲量： 倍頻程 1/3倍頻程fr-共振頻率；V-空腔體積；S-氣流通道截面積 ；G-傳導率；K-消音系數(shù)t-共振腔鋼板厚度；S0-開孔面積；d-開孔直徑；n-開

22、孔數(shù)量2022/9/25364.2 共振式消聲器1. 消聲原理：fr-共振頻率；V-空腔4.2 共振式消聲器4. 改善消聲性能的方法： 選定較大的K 值； 增加聲阻； 多節(jié)共振腔串聯(lián)，共振頻率相互 錯開。5.上限截止頻率：2022/9/25374.2 共振式消聲器4. 改善消聲性能的方法：2022/9/4.2 共振式消聲器6、設計注意事項 為了使消聲器的理論計算值與實際結果值一致，在考慮設計方案時，應注意以下條件： (1) 共振器的幾何尺寸應小于共振頻率波長 的 1/3 。當共振頻率較高時，此條件不易滿足，這時不能將共振器看成為一個集中參數(shù)系統(tǒng)，而應考慮聲波在空腔內(nèi)的傳播特性。 (2) 穿孔位

23、置應集中在共振消聲器的中部，穿孔范圍應小于 。相鄰各孔之間的孔心距一般應取孔徑的 5 倍。當穿孔數(shù)目較多時，穿孔范圍集中在 內(nèi)與孔心距大于孔徑 5 倍這兩個要求，往往發(fā)生矛盾。在這種情況下，可采取將空腔分割成幾段來分布穿孔的位置。 (3) 共振消聲器的消聲頻率范圍也有高頻失效問題。用共振消聲器的上限截止頻率驗證消音器設計2022/9/25384.2 共振式消聲器6、設計注意事項2022/9/24384.3 干涉式消聲器1. 消聲原理： 借助于相干聲波相互抵消作用，來達到消聲目的。2. 分類： 無源(被動式)消聲器和有源(主動式)消聲器兩類。3. 特點： 具有顯著的頻率選擇性2022/9/253

24、94.3 干涉式消聲器1. 消聲原理：2022/9/24395 其他形式的消聲器5.1 阻抗復合式消聲器2022/9/25405 其他形式的消聲器5.1 阻抗復合式消聲器2022/9/5.2 微穿孔板消聲器2022/9/25415.2 微穿孔板消聲器2022/9/24415.3 擴散消聲器2022/9/25425.3 擴散消聲器2022/9/24425.3 擴散消聲器2022/9/25435.3 擴散消聲器2022/9/24436 消聲器設計6.1 消聲器設計原則1.根據(jù)噪聲源所需的噪聲量、空氣動力性能要求以及空氣動力設備管道中的防潮、耐蝕、防火、耐高溫等要求，選擇消聲器的類型。2.根據(jù)聲源空

25、氣動力性能的要求，考慮消聲器的空氣動力性能，是消聲器的阻力損失控制在機械設備正常的工作范圍內(nèi)；3.設計消聲器時，考慮到氣流再生噪聲的影響，是氣流再生噪聲小于環(huán)境允許的噪聲級；4.注意消聲器和管道中的氣流速度；5.還應考慮到隔聲及堅固耐用、體積大小與空氣機械設備匹配問題。噪聲源具體采取措施低、中頻為主（離心式通風機）阻性或阻抗復合式消聲器帶寬噪聲源（高速旋轉(zhuǎn)鼓風機、燃氣輪機）阻抗復合式消聲器或微穿孔板消聲器脈動性低頻噪聲源（空氣內(nèi)燃機）抗性消聲器或微穿孔板消聲器高壓、高速排氣放空噪聲（排氣噪聲）小孔消聲器潮濕高溫、油霧，有火焰空氣動力設備抗性消聲器或微穿孔板消聲器2022/9/25446 消聲器設計6.1 消聲器設計原則1.根