消聲器分類及原理

關于消聲器分類及原理第1頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三主要內容

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7案例分析第2頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1消聲器性能評價安裝在管道中或進、排氣口上的消聲器，能讓氣流通過，對噪聲具有一定的消減作用，其性能主要包括：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阻力損失，要控制在實際容許的范圍內；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5）價格費用要求。價格便宜，使用壽命長。第3頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.1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。插入損失適合現(xiàn)場測量。它反映了聲源、消聲器及其末端聲學特性的綜合效果，不單純代表消聲器的效果。第4頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.1聲學性能評價2.傳聲損失(TL)

消聲器進口端聲功率級與出口端聲功率級之差。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。第5頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.1聲學性能評價3.減噪量(LNR)

消聲器進、出口端測得的平均聲壓級之差。4.衰減量(LA)

消聲器內部兩點之間的聲壓級之差。通常用消聲器單位長度上的衰減量來表征，dB/m。第6頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.2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生的阻力損失。如擴展、收縮、轉彎等。第7頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.3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。

第8頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2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噴注型消聲器第9頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2消聲器的分類和消聲機理消聲器阻性消聲器抗性消聲器阻抗復合式消聲器微穿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)流減壓消聲器第10頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2消聲器的分類和消聲機理第11頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2.1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）。第12頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2.2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、內燃機、汽車排氣噪聲（氣體流速較高氣速的情況）第13頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2.3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。第14頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2.4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。第15頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三2.5小孔噴注消聲器消聲原理：不是在聲音發(fā)出后進行消除，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。第16頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3阻性消聲器3.1阻性消聲器的聲衰減量理論計算公式：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－消聲器的有效長度，m；

Ψ(α0)－與材料的吸聲系數(shù)有關的消聲系數(shù)。H.J.賽賓經驗公式：降噪量與材料吸聲性能和周長/截面比有關。第17頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.1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??？解：1)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：第18頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.1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：ΔL3＞ΔL2

＞ΔL1。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。第19頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.2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。其經驗公式：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f>fc,每增加一個倍頻程，消聲量下降1/3，其估算公式：n高于fc的倍頻程帶數(shù)。將大風量粗管道應設計成多通道。第20頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.3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)氣流在消聲器內產生一種附加噪聲，即氣流再生噪聲。氣流經過消聲器通道時，因局部阻力或摩擦阻力而產生

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。第21頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.3氣流速度對阻性消聲器的影響氣流速度越高，氣流再生噪聲越大。在直通管道消聲器內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，隨著平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。第22頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三3.4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.彎頭式第23頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三4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.干涉式消聲器第24頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.消聲原理：聲波在管道截面的突然擴張(或收縮)，造成通道內聲阻抗突變，使聲波傳播方向發(fā)生改變，在管道內發(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，l2為擴張室長度。3.頻率特性：當當4.1擴張室消聲器（膨脹式消聲器）第25頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三4.改善消聲特性的方法：單節(jié)擴張室的主要缺點在kl=nπ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)擴張室串聯(lián)：每節(jié)的通過頻率不同，提高消聲量。插入內接管：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。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：第26頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.消聲原理：利用共振吸聲原理，在聲波的作用下，管壁空氣柱產生振動，振動時，氣柱與腔口壁摩擦使一部分聲能轉化為熱能而耗散；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：某一頻帶內的消聲量：倍頻程

1/3倍頻程4.2共振式消聲器第27頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三4.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)。5.上限截止頻率：4.2共振式消聲器第28頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三1.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。4.3干涉式消聲器第29頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三5其他形式的消聲器5.1阻抗復合式消聲器第30頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三5.2微穿孔板消聲器第31頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三5.3擴散消聲器第32頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三6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；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第33頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三6.2消聲器設計程序噪聲源現(xiàn)場調查及特性分析驗算其消聲效果（上下截止頻率的檢驗、消聲器的壓力損失、實際消聲效果）了解環(huán)境特點，選定噪聲控制標準計算所需消聲量設計合適的消聲器確定受聲點允許的噪聲級和各頻帶聲壓級噪聲源使用條件設備的空氣動力特性第34頁，講稿共38頁，2023年5月2日，星期三總結01阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道