第八章消声器课件.pptx

1、第八章 消声器 消声器的评价指标消声器的评价指标 阻性消声器阻性消声器 抗性消声器抗性消声器 阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器 消声器的设计消声器的设计 简介简介排气噪声声源排气噪声声源空气动力噪声空气动力噪声这股气流是稳定的空气动力噪声取决于排气管道的直径,排气系统的结构低转速时，是主要成份冲击噪声冲击噪声排气管道中不稳定的气流会对管道产生冲击，从而形成冲击噪声。比如，排气多支管弯曲段的弧度太小，发动机出来的气流会对它产生强烈的冲击，从而发出“砰、砰”的冲击噪声。在管道截面积突然变化的时候，也会产生冲击噪声辐射噪声辐射噪声机械振动稳定的空气气流。这种稳定的气流会对薄板结构施加稳定脉动力不稳定

2、气流，当管道中的气流速度非常高的时候，在管壁附近就会形成紊流辐射噪声的大小取决于这些板结构的几何尺寸、结构形状、刚度等。辐射噪声的频率与薄板结构振动的频率是一致的解决途径解决途径减少激励改变结构的特征，如质量、刚度和阻尼等温度对声速的影响温度对声速的影响 c=331.3+(0.606t)m/s(t=摄氏气温)消声器的评价指标消声器的评价指标 消声量 消声频率范围 阻力损失（功率损失）消声量消声量 评价排气消声器的消声量常用指标有插入损失评价排气消声器的消声量常用指标有插入损失IL和传和传递损失递损失TL两项两项12ppILLL式中式中 为安装消声器前后在某测点测得的声压。为安装消声器前后在某测

3、点测得的声压。1,2pp 由于插入损失易于现场测量，非常实用，被由于插入损失易于现场测量，非常实用，被GB4759-84内燃机排气消声器测量方法内燃机排气消声器测量方法规定作为消声器评价指标。在规定作为消声器评价指标。在测量插入损失时需注意本底噪声的影响，同时应在未装消声器测量插入损失时需注意本底噪声的影响，同时应在未装消声器时，在排气管口加装一段与消声器等长的空管，以保证在安装时，在排气管口加装一段与消声器等长的空管，以保证在安装消声器前后测点不变时测距也不变。消声器前后测点不变时测距也不变。112210lgwwWTLLLW传递损失传递损失TL定义为消声器入口和出口处的声功率之差，它定义为消

4、声器入口和出口处的声功率之差，它反映了消声器入口的入射声能与出口的透射声能之比反映了消声器入口的入射声能与出口的透射声能之比式中，式中，W1和和W2为消声器入口和出口的声功率；为消声器入口和出口的声功率；Lw1、Lw2为入口和出口的声功率级。为入口和出口的声功率级。传递损失的特点是仅反映消声器本身的传递特性，而不传递损失的特点是仅反映消声器本身的传递特性，而不受声源管道系统和消声器出口端尾管的影响，即与声源、消受声源管道系统和消声器出口端尾管的影响，即与声源、消声器出口端阻抗无关。因此传递损失和插入损失在数值上略声器出口端阻抗无关。因此传递损失和插入损失在数值上略有差异。有差异。一般不直接测量

5、声功率级，而是通过声压级的测量，然一般不直接测量声功率级，而是通过声压级的测量，然后再计算出传递损失。如何在消声器入口和出口处开孔，由后再计算出传递损失。如何在消声器入口和出口处开孔，由开孔处测得的声压级近似地计算出声功率级。开孔处测得的声压级近似地计算出声功率级。消声频率范围消声频率范围 仅知道消声器的总消声量是不够的，还必须了解消声仅知道消声器的总消声量是不够的，还必须了解消声器的频率特性，即在各频率或频带上的消声量。一般以倍器的频率特性，即在各频率或频带上的消声量。一般以倍频程和频程和1/3倍频程来表示消声器的频率特性，进行较深入的倍频程来表示消声器的频率特性，进行较深入的分析时也可用窄

6、带谱来表示。消声频率范围就是指消声量分析时也可用窄带谱来表示。消声频率范围就是指消声量显著的频率或频带，这方面没有统一的定量评价指标，显著的频率或频带，这方面没有统一的定量评价指标，一一般要求所消声的有效频带越宽越好，人敏感的频率范围应般要求所消声的有效频带越宽越好，人敏感的频率范围应有足够的消声量，声源辐射噪声大的频段应有较大的消声有足够的消声量，声源辐射噪声大的频段应有较大的消声量。量。阻力损失（功率损失）阻力损失（功率损失）为了考查排气消声器对内燃机性能的影响，通常采用功率为了考查排气消声器对内燃机性能的影响，通常采用功率损失比来评价。消声器的功率损失比损失比来评价。消声器的功率损失比R

7、n是内燃机在标定工况下是内燃机在标定工况下不使用消声器与使用消声器时的相对功率损失百分比的百分比，不使用消声器与使用消声器时的相对功率损失百分比的百分比，即即 122100%nNeNeRNe 在测量消声器功率损失比时，应遵照有关内燃机台架试验方在测量消声器功率损失比时，应遵照有关内燃机台架试验方法的标准规定进行。此外应注意在装换消声器前后尽量保证试法的标准规定进行。此外应注意在装换消声器前后尽量保证试验环境、机器状态不发生变化，以免造成误差。一般要求功率验环境、机器状态不发生变化，以免造成误差。一般要求功率损失比损失比Rn5。消声器的分类消声器的分类阻性消声器阻性消声器主要是利用吸声材料增大声

8、阻消声器，具有良好的中、高频消声效果，目前应用最广。抗性消声器抗性消声器利用管道截面突变、旁支管和共振腔等造成声传播时阻抗失配（主要是声抗），从而达到消声的目的。中、低频消声效果好，汽车拖拉机中应用普遍。阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器兼容以上两者的特点，消声频带宽阻性消声器阻性消声器阻性消声器消声量的计算阻性消声器消声量的计算一、声波在阻性管道中的声衰减量计算A.N别洛夫由一维理论推导出阻性直管消声器的声衰减量为00()与 的关系 可见，阻性直管消声器的消声量与吸声材料的声学性能、气流通道周长、气流通道截面面积以及管道长度等因素有关。增加 L/S 可提高消声量，对同样大小截面的管道，L/S比

9、值以长方形为最大，方形次之，圆形最小。式中，为吸声材料无规入射时的平均吸声系数，为便于计算，表中列出了 与 的关系。1.4 其中在设计中还经常用到经验公式，即：正入射吸声系数；消声器的长度，m；消声器的断面积，m2；消声器的周长，m；LSPLp03.10LSP二、高频失效频率以上消声量的估算上限失效频率 f上 可用下列经验公式计算：c1.85Df上式中 c-声速，m/s；D-消声器气流通道的当量直径、m，其中圆形管道取直径，矩形管道 ；a、b 分别为长和宽。D=1.13 a b当频率高于失效频率时，每增高一个倍频程，其消声量比失效频率处的消声量降低1/3，具体可用下式估算33NRR 式中 R高

10、于失效频率的某倍频带消声量，dB；R失效频率处的消声量，dB；N高于失效频率的倍频程频带数。下限截止频率 当频率太低时，吸声能力也会显著下降，材料的 小，当 下降到0.5时，与其对应的频率称为 .：声速，344m/s 吸声材料厚度,（m）下限fDcf12下限cD阻性消声器的类型阻性消声器的类型 阻性消声器按气流通道几何形状不同，除直管式消声器外，还有片式、折板式、迷宫式、蜂窝式、声流式、盘式、弯头式、百叶式消声器（消声百叶）等，结构示意如图（a）直管式；（b）片式；（c）折板式；（d）迷宫式；（e）蜂窝式；（f）声流式；（g）盘式；（h）消声弯头不同的阻性消声器的特性及应用条件(1)管式消声器

11、结构简单、阻力小，但允许通过的风量小由于管内风速v，v可在1525m/s范围内选取，Q已知，用上式可求出300mm 时，可用管式；300mm500mm,可在管内加消声芯子；500mm,则要用折板式、蜂窝状消声器241QSQv(2)片式消声器流量大需要大，即断面大时，可选用片式消声器片间距一般250mm，片的宽度可任取。片间距愈小，声波与吸声材料接触的机会愈多，愈大间距不变，增加片数，可增大过风断面，增加过风量(3)折板式消声器，如下图所示 大，阻力也大，为了降低阻力，使1、2、3、4、5、6、7点在一直线上即可。(4)正弦波消声器 大，阻力相对小。LpLp 5.室式消声器，声波进入室内多次反射

12、，断面多次变化 大，阻力大。适于低速进排风系统消声，通风动力大的条件下。6.蜂窝状消声器 每个蜂窝尺寸以小于等于300300mm为宜。Lp阻性消声器的设计方法及步骤 1.确定各频带的 ；2.确定 、；3.根据 定消声器单个通道的直径d Lp上f上限fcd85.1下ff4.根据 确定吸声材料的厚度 5.根据需要处理量和选定的风速确定消声器的净过风断面 S m26.选定阻性消声器的类型：若风机管道Dd(由Step3算出的)，则可选用圆管式消声器；300mm 时，可用管式；300mm500mm,可在管内加消声芯子；500mm,则要用折板式、蜂窝状消声器下f下限fcD12vQS 7.蜂窝个数的确定8.

13、选吸声材料9.计算消声器的长度 多通道的仍按单通道的计算。10.选护面 241dSnSPLpLii03.1iL例：某工厂一空压机，从直径d=150mm的管道中辐射出的噪声频谱见下页表，试设计一台消声器，使声压级辐射出的机器噪声符合N85曲线。管内风量：Q=1200m3/h 解:(1)求需要降低的声压级.空压机频谱列入下表第一行;.选定消声器的类型：暂时选直管式消声器(因为D300mm)，其直径为d：因为空压机排风管d=150mm,而算出来的d为159mm,(选用直径越小，对应的上限频率越大)，所以消声器的直径可取d=150mm。mfcd159.0400034485.185.1上序号项目名称 倍

14、频程中心频率（Hz）说明1252505001000200040001空压机频谱80929610110593实测2噪声允许标准（N85）曲线979389858380在N曲线上查得3需要降低的噪声量（dB）0071622134吸声材料吸声系数0.060.160.680.98.0930.905消声器长度0.300.480.700.43管内风速因为v2025m/s，对 无影响，所以暂选消声器合适。(2)确定消声器的其他尺寸 .吸声材料的厚度D 由消声器的下限截止频率 可得出确定吸声材料厚度D的公式，由表中可知，f下限=500HZ,则：D=c/(12*f下限)=344/(12*500)=57mm，取60

15、mm。.选吸声材料 选超细玻璃棉，其吸声系数列入第4行。smv/1915.041360012002Lp1 2cfD下 限.计算消声长度 选用比较常见的经验公式计算，依次算出L1000、L2000、L4000，列入表第5行，取L=0.70m.计算消声器上限截止频率f上限 f上限1.85c/d=1.85*3.44/0.15=4243Hz f上限4000Hz，合乎要求。.消声器示意图：见图10-2-6。SPLpLii003.1mAPLdBLpHzfmdPmdS3.068.03.1/7750047.0018.040500022时，抗性消声器抗性消声器一、分类1.扩张室消声器 a.横断面突变消声器 b.

16、单室扩张室消声器 c.单室内接管扩张室消声器 d.双室内接管扩张室消声器2.共鸣型消声器 a.单孔共鸣型消声器：-入射波声压；-反射波声压 -共振腔声波声压；-透射波声压 当 时，共振，消声量达到最大 b.多孔共鸣型消声器：iprpbptp0ff 3.干涉消声器干涉消声器4 4、微穿孔板消声器声波衰减主要依赖于微孔中摩擦一、特性(见下图)(1)孔小，d1mm,声阻大，吸声系数大；(2)穿孔率(1%3%)底，(一般穿孔板的穿孔率20%25)，吸声频带增宽；(3)板薄，=1mm,易与孔中空气柱共振；(4)板后空腔深度能控制吸声峰的位置，空腔愈深，共振频率愈低。二、优缺点 优点：构造简单，消声频带宽

17、，耐高温，不怕油雾、粉尘的侵蚀；缺点：不易加工，工时多，成本高；二、抗性消声器的优缺点优点：结构简单，易于维护，对低频消声效果好，性能稳定。缺点：消声频带窄，对中高频消声效果不好。三、抗性消声器的消声原理 1.扩张室消声器：（1）消声原理：式中：122222sin)1(25.01lg10SSmcfkklmmLp最小时，最大时，LpklLpkl0sin1sin由上述计算公式联立可知：的大小除与 有关外，还与 有关：当 或 的奇数倍时，有最大值；当 的偶数倍时，=0；所以，它只能对某些 消声，而对另一些 的声音不消声，由(1)式作出的 在特性图中查找。已知 ，算出 ，并已知道 ,即可查出 LpLp

18、Lp4L2LfL4LLpffml，Lpf)(fc扩张式消声器的消声特性扩张式消声器的消声特性 例如：一腔长 ，膨胀比 的单腔消声器对500频率声音的透射损失，先算出 然后在特性曲线的坐标处作垂直线交 的曲线，从交点引水平线交于左边纵坐标上17.5dB,即为该消声器对该频率的透射率。可见，当腔长一定时，该消声器只消除一种频率的声音，为了同时消除几个频率的声音,需用不同长度的消声器串联。下页图中所示的是采用内插管的办法来消除不消声的通过频率，在扩张室进口和出口处分别插入长为l/2和l/4的两根小管，使向前传播的声波遇到管子不同界面与反射的声波相差1800的相位，二者振幅相等,相位相反，相互干涉，达

19、到消声的目的。cml1715m55.134417.050014.322cflkl15m带插管的扩张室消声器消声性能(2)设计步骤 确定 计算消声器的长度 LplmdDdDmmLpflkllkLpklfcl，计算腔的直径（或算出）在图上查出和、据时，最大时，的奇数倍，224412sin42sinsin4,21sin42、单腔共振式消声器、单腔共振式消声器 共振式消声器是由一段开有一定数量小孔的管道同管外一个密闭的空腔连通而构成一个共振系统，利用共振吸声原理进行消声的。其最简单的结构形式是单腔共振消声器，如下图所示。消声量的计算消声量的计算当声波波长大于共振腔消声器的最大尺寸的 3倍时，其共振吸收

20、频率为忽略共振吸声结构声阻的影响，单腔共振式消声器对频率为 的声波的消声量为阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器 一、几种复合式消声器：(1)(1)扩张室与阻性组合(2)(2)扩张室与阻抗组合(3)(3)共鸣型与阻抗组合(4)(4)共鸣型与阻性组合二、优缺点二、优缺点 优点：综合了阻抗消声器的优点；缺点：综合了阻抗消声器的缺点；几种阻抗复合式消声器几种阻抗复合式消声器1、节流降压型消声器 减小喷流压力与大气压力之差，可降低噪声。把原来的排气口直接放空，改为通过多层节流降压装置，把压力降下来再排放，将压力突变改为压力渐变排空，如图所示。放空排气消声器放空排气消声器2、小孔喷注消声器 孔越小，流速越高

21、，噪声频率也会越高，当小孔小到一定数值，使f20000HZ，喷射噪声移到人耳不敏感的特高频范围，人耳反听不到声音。喷口的有效面积由以下式求得(如图所示）小孔的有效面积 与几何面积 的关系为：AAe62.0Ae喷注气体的绝对温度喷注压力气体的定压比热）质量流量（TpCKmkgGKKCKaaPTGAepKKP 气体的比热体/)12()1(3)1(21A 小孔直径可取1mm或2mm，定孔数，实际的比计算出来的多一倍，单层1mm小孔可消2028dB，单层2mm小孔可消1621dB，节流降压与小孔喷注相结合可消声3540dB。3、多孔扩散消声器：消声器设计消声器设计消声器的设计程序可分为 5个步骤一、一

22、、噪声源现场调查及特性分析噪声源现场调查及特性分析二、二、噪声标准的确定噪声标准的确定三、三、消声量的计算消声量的计算四、四、选择消声器类型选择消声器类型五、五、检验检验对空气动力性噪声源安装使用情况，周围的环境条件，有无可能安装消声器，消声器安装在什么位置，与设备连接形式等应做现场调查记录，并作出初步考虑，以便合理地选择消声器。根据国家有关声环境质量标准和噪声控制标准，确定噪声应控制在什么水平上，即安装所选用的消声器后，能满足何种噪声标准的要求。计算消声器所需的消声量，对不同的频带消声量要求是不相同的，应分别进行计算。根据气流性质、需安装消声器的现场情况及各频带所需的消声量，综合平衡后确定消

23、声器类型、结构、材质等。根据所确定的消声器，验算消声器的消声效果，包括上下限截止频率的检验，消声器的压力损失、气流再生噪声是否在允许范围之内。甚至根据实际消声效果，对未能达到预期要求的需修改原设计方案并作出补救措施。例.设一空压机在150Hz有一噪声峰值，试设计一个扩张室消声器装在空压机进气口上(空压机进气口直径为200mm)，要求消声器在150Hz上最少有20dB的消声量。解：要求f=150Hz时，(1)消声器长度(2)由查图右图，时，m=20由dBLp20mfcL57.015043444457.157.034415022lcfklmmmdDdDm89447.42002022dBLp20例：

24、例：某型号风机，风量为 ，进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频诸如下表所列。要求消声后在距进气口3m处达到NR90，试对进气口作阻性消声器设计。解：1、根据在进气口测得的噪声频谱（表中第1行）和NR90的降噪要求（第2行）确定所需的消声量（第3行）；2、根据风机的风量和管径，可选定直管阻性消声器形式，消声器气流通道的截面周长与截面积之比（第4行）；3、根据使用环境和噪声频谱，吸声材料选用密度为25kg/m3 的超细玻璃丝棉，厚度取150mm。根据气流速度，吸声层护面采用一层玻璃纤维布加一层穿孔板，板厚2mm，孔径6mm，孔间距 11mm，这种吸声结构的吸声系数如表第5行，由0

25、计算得消声系数（0）（第6行）；4、计算各频带所需要的消声器长度（第7行）按最大值考虑设计的消声器实际长度应取l=1m，计算得1m长消声器在各倍频程上的消声量（第8行）；5、计算高频失效频率 ，失效频率位于2KHz所在倍频带内，对高于失效频率的 4KHz所在倍频程上的消声量需用式重新计算，计算结果见表中9行，与表 中第3行所需消量相比较，各倍频程上设计的消声量均大于所需消声量，设计方案符合要求。例：在管径为 100mm的常温气流管道上，设计一单腔共振式消声器，要使其中125Hz的倍频程上有15dB的消声量。解1、根据题意流通面积为2212R0.10.0075()44L10lg1215,k=3.

26、9134RSdmkLdB由及求得2、由得出32340 4 0.007850.027()12522125()0.0270.144()340rrcVkSmffGVmc 3、确定设计方案为与源管道同轴的圆筒形共振腔，其内径是100mm，外径是400mm，则共振腔的长度为22222144 0.0270.23()0.40.1Vlmdd选用t=2mm厚的钢板，孔径d=0.5cm，由0332300.80.144 2 100.8 5 100.8445 10/4nSGtdG tdnS 求得开孔数为个4、验算 共振频率 上限截止频率可见，在所需消声频率范围内不会出现高频失效问题，共振频率波长为3400.144125()220.027340=1.221.221037()0.4rcGfHzVcfHzD上3402.72()1252.72=0.91()910()33rrrcmfmmm可见，所设计的共振式消声器的最大几何尺寸小于共振波长的1/3，符合要求。