消声器结构设计.ppt
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1、消音器结构设计消音器结构设计课题目的:了解常见消音器种类、消音原理及常见消音器设计中应注意的问题和设计方法目录1 消声器性能评价2 消声器的分类和消声机理3 阻性消声器4 抗性消声器5 其他消声器6 消声设计及总结1 消声器性能评价n消音器的性能主要包括:消音器的性能主要包括:声学性能、空气动力性能、结构性能声学性能、空气动力性能、结构性能具体来讲,对一个好的消声器要有五方面的基本要求:具体来讲,对一个好的消声器要有五方面的基本要求:1)声学性能要求。)声学性能要求。具有高的消声值和宽的消声频率,即在所需要的消声频率范围有足够大的消声量;2)空气动力性能要求。)空气动力性能要求。消声器的气流阻
2、力小,安装消声器后所增加的阻力损失,要控制在实际容许的范围内;3)机械结构性能要求。)机械结构性能要求。体积小,重量轻,结构简单,便于加工,安装和维修;4)外形和装饰的要求。)外形和装饰的要求。符合实际安装空间的需要,美观大方,表面装饰与设备相协调5)价格费用要求。)价格费用要求。制造成本低,使用寿命长。1.1 声学性能评价n消声器声学性能评价量有:消声器声学性能评价量有:插入损失(IL)、传声损失(TL)、减噪量(LNR)、衰减量(LA)。1.1.插入损失插入损失(IL)(IL):系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功率级之差。在声场分布情况近似保持不变时,也可用指定测点上声压级差代替。
3、2.2.传声损失传声损失(IL)(IL):消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。由于声功率不宜直接测量,一般通过声压求得。传声损失仅反映消声器本身的特性,不受声源、管道及出口端的影响。3.3.减噪量减噪量(LNR)(LNR):消声器进、出口端测得的平均声压级之差。1.2 空气动力性能n消声器的空气动力性能:消声器的空气动力性能:是指消声器对气流阻力的大小。通常用阻力系数或阻力损失来表示,包括摩擦阻力损失和局部阻力损失两部分。n阻力系数:阻力系数:消声器安装前后的全压差与全压之比。n阻力损失:阻力损失:出口端流体静压比进口端降低的数值。n摩擦阻损摩擦阻损:是由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而
4、产生的阻力损失。n局部阻损局部阻损:是指气流通过在消声器截面突变处产生的阻力损失。如扩展、收缩、转弯等。1.3 结构性能n消声器结构性能消声器结构性能:是指它的外形尺寸、坚固程度、维护要求、使用寿命等,它也是评价消声器性能的一项指标。好的消声器除应有好的声学性能和空气动力性能之外;还应该具有体积小、重量轻、结构简单、造型美观、加工方便、同时要坚固耐用、使用寿命长、维护简单和造价便宜等特点。n评价消声器的上述三个方面的性能,既互相联系又互相制约。从消声器的消声性能考虑,当然在所需频率范围内的消声量越大越好;但是同时必须考虑空气动力性能的要求。例如,汽车上的排气消声器如果阻损过大,会使功率损失增加
5、甚至影响车辆行驶。在兼顾消声器声学性能和空气动力性能的同时,还必须考虑结构性能的要求,不但要耐用,还应避免体积过大、安装困难等情况。在实际运用中,对这三方面的性能要求,应根据具体情况做具体分析,并有所侧重。2 消声器的分类和消声机理n消声器类型很多,按其降噪原理主要有如下几种类型:消声器类型很多,按其降噪原理主要有如下几种类型:2.1 阻性消声器阻性消声器2.2 抗性消声器抗性消声器2.3 复合式消声器复合式消声器2.4 微穿孔消声器微穿孔消声器2.5 喷注型消声器喷注型消声器2 消声器的分类和消声机理n分类图例消声器 阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器微穿孔板消声器扩散性消声器 扩张室消
6、声器共振腔消声器干涉式消声器无源消声器有源消声器小孔消声器多孔扩散消声器节流减压消声器2.1 阻性消声器n消声原理:消声原理:利用利用吸声材料消声。把吸声材料固定在消声。把吸声材料固定在气流通道内气流通道内壁壁或按一定的方式在管道中排列起来,就构成了阻性消声器,或按一定的方式在管道中排列起来,就构成了阻性消声器,与电学类比,吸声材料就相当于电阻,故称阻性消声器。,故称阻性消声器。n包括的形式:包括的形式:直管式、片式、折板式、声流式、蜂窝式、弯头式等。n消声的频率特性:具有消声的频率特性:具有中、高频消声性能。消声性能。n适用范围:消除风机、燃气轮机适用范围:消除风机、燃气轮机进气噪声(即气体
7、流速不大的(即气体流速不大的情况)。情况)。2.2 抗性消声器n消声原理消声原理:通过控制:通过控制声抗声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不的大小来进行消声的。与阻性消声器不同,它不使用同,它不使用吸声材料吸声材料而是在管道上而是在管道上接截面积突变的管段或旁接接截面积突变的管段或旁接共振腔共振腔,利用,利用声阻抗声阻抗的改变的改变,使某些频率的声波在,使某些频率的声波在声阻抗声阻抗突变的突变的界面发生界面发生反射、干涉反射、干涉等现象,从而在消声器的外测,达到了消声等现象,从而在消声器的外测,达到了消声的目的。的目的。n包括的形式:包括的形式:扩张室式扩张室式、共振腔式共振腔式、干涉型干涉
8、型。n消声的频率特性:具有消声的频率特性:具有中、低频中、低频消声性能。消声性能。n适用范围:消除空压机、内燃机、汽车排气噪声(气体流速较高适用范围:消除空压机、内燃机、汽车排气噪声(气体流速较高气速的情况)气速的情况)2.3 阻抗复合式消声器n消声原理消声原理:把:把阻性阻性与与抗性抗性两种消声原理通过适当结构复合起来两种消声原理通过适当结构复合起来而构成的。可定性地认为而构成的。可定性地认为阻性阻性和和抗性抗性在在同一频带的消声值的叠同一频带的消声值的叠加加(并非简单的叠加关系)。(并非简单的叠加关系)。n包括的形式:包括的形式:阻阻扩型扩型、阻阻共型共型、阻阻扩扩共型共型等。等。n消声的
9、频率特性:具有消声的频率特性:具有低、中、高频低、中、高频消声性能。消声性能。n适用范围:消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。适用范围:消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。2.4 微穿孔板消声器n消声原理消声原理:利用:利用微穿孔板吸声微穿孔板吸声结构结构制成的消声器。制成的消声器。n包括的形式:包括的形式:单层微穿孔板单层微穿孔板、双层微穿孔板双层微穿孔板等。等。n消声的频率特性:具有消声的频率特性:具有低、中、高频低、中、高频的的宽带宽带消声性能。消声性能。n适用范围:适于高温、潮湿,有水、有油雾及特别清洁卫生的场适用范围:适于高温、潮湿,有水、有油雾及特别清洁卫生的场合。合。2.5 小孔喷注
10、消声器n消声原理消声原理:不是在声音发出后进行消除,而是从发生机理上使干:不是在声音发出后进行消除,而是从发生机理上使干扰噪声减小。扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径成反比喷注噪声值频率与喷口直径成反比,如果喷口直径,如果喷口直径变小,喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频变小,喷口辐射的噪声能量将从低频移向高频(频移频移),于是低频,于是低频噪声被降低,而高频噪声反而升高,如果孔径小到一定值时,喷噪声被降低,而高频噪声反而升高,如果孔径小到一定值时,喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。注噪声将移到人耳不敏感的频率范围。n包括的形式:包括的形式:小孔喷注型小孔喷注型、降压扩容型降压扩容型、多孔扩
11、散型多孔扩散型、引射掺冷引射掺冷型型等。等。n消声的频率特性:具有消声的频率特性:具有低、中、高频低、中、高频的的宽带宽带消声性能。消声性能。n适用范围:消除压力气体排放噪声,如锅炉排气、高炉放气、化适用范围:消除压力气体排放噪声,如锅炉排气、高炉放气、化工厂工艺气体放散。工厂工艺气体放散。3 阻性消声器n理论计算公式:理论计算公式:n其中:其中:F消声器气流通道消声器气流通道断面周长断面周长,m;S消声器的气流通道消声器的气流通道截面积截面积,m2;l消声器的消声器的有效长度有效长度,m;(0)与材料的吸声系数有关的消声系数。与材料的吸声系数有关的消声系数。nH.J.赛宾赛宾 经验公式经验公
12、式:降噪量与材料吸声性能降噪量与材料吸声性能周长周长/截面比有关截面比有关。I3.1 阻性消声器的声衰减量n例例:选用同一种吸声材料选用同一种吸声材料(平均吸声系数为平均吸声系数为0.46)衬贴的消声管道,衬贴的消声管道,管道有效长度为管道有效长度为2m,管道有效截面积,管道有效截面积1500cm2。当截面形状分。当截面形状分别为圆形、正方形和别为圆形、正方形和1:5矩形时,试问哪种截面形状的声音衰矩形时,试问哪种截面形状的声音衰减量最大?哪种最小?减量最大?哪种最小?n解:解:1)当管道为圆形时,因为管道的有效直径为:当管道为圆形时,因为管道的有效直径为:n截面周长为截面周长为:n声衰减为:
13、声衰减为:3.1 阻性消声器的声衰减量n2)当管道为正方形时,管道的截面周长为:当管道为正方形时,管道的截面周长为:声衰减为:声衰减为:n3)当管道为当管道为1:5矩形,管道的截面长、宽分别为:矩形,管道的截面长、宽分别为:管道的截面周长为:管道的截面周长为:声衰减为:声衰减为:n因此,有:因此,有:L3L2 L1。即:管道截面面积一定时,截面为即:管道截面面积一定时,截面为矩形管道矩形管道的声衰减量最大,截面为的声衰减量最大,截面为圆圆形形管道的声衰减量最小。管道的声衰减量最小。3.2 阻性消声器的高频失效频率n在单通道直管消声器中,高频声随着通道面积的增大消声效果显著在单通道直管消声器中,
14、高频声随着通道面积的增大消声效果显著下降。由于频率超过一定的数值,不符合平面波传播规律,窄束传下降。由于频率超过一定的数值,不符合平面波传播规律,窄束传播的声波不与吸声材料接触,消声效果下降。播的声波不与吸声材料接触,消声效果下降。n当声波波长小于通道截面尺寸一半时当声波波长小于通道截面尺寸一半时,消声效果下降,将这一频,消声效果下降,将这一频 率称为率称为高频失效频率高频失效频率。其经验公式:其经验公式:n式中:式中:c声速声速ms-1;消声器通道截面当量边长消声器通道截面当量边长m(圆形管道为圆形管道为直直 径径;矩形管道为;矩形管道为边长平均值边长平均值,其他管道取,其他管道取面积的开方
15、值面积的开方值)。n若若ffc,每增加一个倍频程,消声量下降每增加一个倍频程,消声量下降1/3,其估算公式:,其估算公式:f高于高于fc的倍频程带数。将大风量粗管道应设计成的倍频程带数。将大风量粗管道应设计成多通道多通道。3.3 气流速度对阻性消声器的影响n主要表现在两个方面:主要表现在两个方面:1)气流的存在引起了消声器内气流的存在引起了消声器内声传播和声衰减声传播和声衰减规律变化。规律变化。A)顺流顺流时时(气流与声传播方向一致气流与声传播方向一致),由于气体流速在管,由于气体流速在管 道内不均一,根据折射原理,声波向管壁弯曲,促进道内不均一,根据折射原理,声波向管壁弯曲,促进 消声降噪;
16、消声降噪;B)逆流逆流时时(气流与声传播方向相反气流与声传播方向相反),声波向管道中心弯,声波向管道中心弯 曲,导致声波与吸声材料接触减少,不利于消声降噪。曲,导致声波与吸声材料接触减少,不利于消声降噪。2)气流在消声器内产生一种附加噪声,即气流气流在消声器内产生一种附加噪声,即气流再生噪声再生噪声。气流经过消声器通道时,因局部阻力或摩擦阻力而产生气流经过消声器通道时,因局部阻力或摩擦阻力而产生 湍流湍流,相应辐射一些噪声;气流激发消声器构件,相应辐射一些噪声;气流激发消声器构件振动振动而而 辐射噪声。辐射噪声。气流速度越高,气流再生噪声越大气流速度越高,气流再生噪声越大。3.3 气流速度对阻
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- 消声器 结构设计
