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消聲器


消聲器

消聲器是允許氣流通過,卻又能阻止或減小聲音傳播的一種器件,是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器能夠阻擋聲波的傳播,允許氣流通過,是控制噪聲的有效工具。

種類概述

消聲器種類很多,但究其消聲機理,又可以把它分為六種主要的類型,即阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。

微穿孔式

現有的消聲器,大多采用阻抗復合型消聲原理。由于結構復雜、重量大、高溫氧化吸聲填料,高速氣流沖擊吸聲填料,水氣滲透吸聲填料等原因,消聲器很容易出現維修頻繁、消聲效果差,使用周期短等情況。

而這歷來是消音器的設計難點,微穿孔消聲器則綜合了最合理的消聲原理所設計解決了上述問題,取得了良好效果。微穿孔消聲器消聲器不使用任何阻性吸聲填料,采用微穿小孔多空腔結構,高壓氣流在消聲器內經多次控流進入空腔體,逐級改變原氣流的聲頻。阻力損失小,消聲頻帶寬,工作時不起塵。不怕油霧、水氣。耐高溫、耐高速氣流沖擊。使環境噪聲符合國家《工業企業噪聲衛生標準》。 廣泛用于石油、化工、冶金、紡織等行業。

折疊阻性式

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的內壁上或按照一定方式在管道中排列,就構成了阻性消聲器。當聲波進入阻性消聲器時,一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉化成熱能耗散掉,使通過消聲器的聲波減弱。阻性消聲器就好象電學上的純電阻電路,吸聲材料類似于電阻。因此,人們就把這種消聲器稱為阻性消聲器。阻性消聲器對中高頻消聲效果好、對低頻消聲效果較差。

折疊抗性式

是由突變界面的管和室組合而成的,好象是一個聲學濾波器,與電學濾波器相似,每一個帶管的小室是濾波器的一個網孔,管中的空氣質量相當于電學上的電感和電阻,稱為聲質量和聲阻。小室中的空氣體積相當于電學上的電容,稱為聲順。與電學濾波器類似,每一個帶管的小室都有自己的固有頻率。當包含有各種頻率成分的聲波進入第一個短管時,只有在第一個網孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網孔到達第二個短管口,而另外一些頻率的聲波則不可能通過網孔.只能在小室中來回反射,因此,我們稱這種對聲波有濾波功能的結構為聲學濾波器。選取適當的管和室進行組合.就可以濾掉某些頻率成分的噪聲,從而達到消聲的目的。抗性消聲器適用于消除中、低頻噪聲。

把阻性結構和抗性結構按照一定的方式組合起來,就構成了阻抗復合式消聲器。

 

微穿孔板式

一般是用厚度小于1mm的純金屬薄板制作,在薄板上用孔徑小于1mm的鑽頭穿孔,穿孔率為1%一3%。選擇不同的穿孔率和板厚不同的腔深,就可以控制消聲器的頻譜性能,使其在需要的頻率範圍內獲得良好的消聲效果。

折疊小孔式

小孔消聲器的結構是一根末端封閉的直管,管壁上鑽有很多小孔。小孔消聲器的原理是以噴氣噪消聲器聲的頻譜為依據的,如果保持噴口的總面積不變而用很多小噴口來代替,當氣流經過小孔時、噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻,使頻譜中的可听聲成分明顯降低,從而減少對人的干擾和傷害。

折疊有源式

基本原理是在原來的聲場中,利用電子設備再產生一個與原來的聲壓大小相等、相位相反的聲波,使其在一定範圍內與原來的聲場相抵消。這種消聲器是一套儀器裝置,主要由傳聲器、放大器、相移裝置、功率放大器和揚聲器等組成。原理

一、微孔板吸聲結構的理論

在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔徑小于等于1.0mm的微孔,穿孔率為1~5%,

後部留有一定的厚度(5-20cm)空氣層,該層不填任何吸聲材料 ,這樣即構成了微穿孔板吸聲結構。它是一種低聲質量,高聲阻的共振吸聲結構,其研究表明,表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數和頻帶寬度,主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定,而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。微穿孔板吸聲結構的相對聲阻抗Z(以空氣的特性阻抗ρC為單位)用式(1)計算:

Z=r+jwm=jctg(WD/C)(1)

公式中:

ρ--空氣密度(kg/cm3);

C--空氣中聲速(m/s);

D--腔深(mm);

m--相對聲質量;

r--相對聲阻;

w--角頻率,W=2πf(f為頻率);

而r和m分別由式(2)(3)表達:

r=atkr/dzp(2)

m=(0.294)×10-3tkm/p(3)

式中:

t--板厚(毫米)

d--孔徑(毫米)

p--穿孔率(%)

kr--聲阻系數kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--聲質量系數km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=abf,a和b為常數,對于絕熱板a=0.147,b=0.32;對于導熱板a=0.235,b=0.21吸收的角頻帶寬度,近似地由r/m決定,此值越大,吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)

式中l--常數,對于金屬板l=1140,而隔熱板l=500。上式也可以用式(5)表達:

r/m=50f((kr/km)/x2)(5)

而kr/km的近似計算式為:

kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6)

利用以上各式就可以從要求的r、m、f求出微穿孔板吸聲結構的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀,基聲阻r值比普通穿孔板大得多,而聲質量m又很小,故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結構大得多,一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結構的吸聲頻帶寬度可以達到6~10個1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結構最大的特點。

共振時的最大吸聲系數α0為α0=4r/(1+r)2(7)

具體設計微穿孔板吸聲結構時,可通過計算,也可查圖表,計算結果與實測結果相近。在實際工程中為了擴大吸聲頻帶的寬度,往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復合結構。

二、微穿孔板理論在抗噴阻消聲器設計中的應用

利用微穿孔板聲學結構設計制造的消聲器種類很多,主要型為抗噴阻型消聲器。該型式消聲器是用不袗穿孔薄板制成,因該九台消聲器是用于石化單位,空氣腐蝕性比較大,故穿孔板後的空氣層內填裝的吸聲材料為耐腐蝕金屬軟絲布。利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進一步達到降噪消聲的作用,

消聲器其吸聲系數高,吸收頻帶寬,壓力損失小,氣流再生噪聲低,且易于控制。為獲得寬頻帶高吸收效果,一般用三級微穿孔板結構。微穿孔板與外殼體之間以及微穿板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異,低頻腔大(150~200mm),中頻小些(80~120mm),高頻更小些(30~50mm),雙層結構的前腔深度一般應小于後腔,前後腔深度之比不大于1:3,前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應高于後層,為減小軸向聲傳播的影響,可在微穿孔板消聲器的空腔內每隔500mm左右加一塊橫向隔板。試驗證明,微穿孔板消聲器不論是低頻、中頻、高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。且消聲量與流速有關,與消聲器溫升無關,當流速達到70米/秒時,一般其它型式消聲器已無法解決噪聲問題,而微孔型消聲器可承受70m/s氣流速度的沖擊,仍有15dBA以上的消聲器。這也是微孔消聲器優于一般消聲器一個重要特點。

三、抗噴阻型消聲器特點

本型式消聲器綜合了微穿孔板最合理的消聲原理設計而成,使高壓蒸汽在消聲器內經一次控流後進入降壓腔擴容後,從而形成低壓蒸汽從小孔噴出,最後經過降壓體外的阻聲罩使降壓體發出的剩余噪聲得到有效的吸收,最終消聲器達35dB(A)以上(一級至三級消聲之間比例為35%,50%,15%)。選購指標

衡量消聲器的好壞,主要考慮以下三個方面:

1、消聲器的消聲性能;(消聲量和頻譜特性)

2、消聲器的空氣動力性能;(壓力損失等)

3、消聲器的結構性能。(尺寸、價格、壽命等)

· 消聲器的消聲頻率特性。抗噴阻型消聲器對各頻噪聲效果優越。

· 消聲器的適用風速一般為6-8m/s,最高不宜超過12m/s,同時注意消聲器的壓力損失。

· 注意消聲器的淨通道截面積,風管和消聲器連接時,必要時(風速有限制時)需作放大處理。

· 消聲器等消聲設備安裝,須有獨立的承重吊桿或底座;與聲源設備須通過軟接頭連接。

· 當兩個消聲彎頭串聯使用時,兩個彎頭的連接間距應大于彎頭截面對角線長度的2.5倍。

· 對于高溫、高濕、有油霧、水氣的環境系統一般選用微孔結構消聲設備,對于有潔淨要求的諸如手術室、錄音室、潔淨廠房等環境系統,應采用微孔結構消聲設備。

· 相鄰用房管路串通時,注意室內噪聲通過管路相互影響,必要時風口作消聲處理。選用

消聲器的選用應根據防火、防潮、防腐、潔淨度要求,安裝的空間位置,噪聲源頻譜特性,系統自然聲衰減,系統氣流再生噪聲,房間允許噪聲級,允許壓力損失,設備價格等諸多因素綜合考慮並根據實際情況有所偏重。一般的情況是: 消聲器的消聲量越大,壓力損失及價格越大;消聲量相同時,如果壓力損失越小,消聲器所佔空間就越大。產品特點

1、消聲器主要由消聲筒、消聲片、上下封板(或封頭)、防雨帽、節流管、節流板、連接管(或法蘭)、支座、起吊環、銘牌等零部件組成。

2、具有安裝方便、消聲效果好、壽命長等特點。

3、消聲器可獨立支承,在運行和停運時可自由膨脹,使排汽管道不因消聲器的安裝而受到額外載荷,保證排汽管道工作的安全可靠性。

4、可根據設計或用戶要求,采用特殊的活動連接裝置。

5、消聲器材質采用優質碳鋼或優質不袗等材料制造,具有足夠的耐熱強度和耐腐蝕性能,使設備經久耐用。主要類別

消聲器的消聲原理是利用腔與管的適當組合,來達到兩種作用來消聲的:

一是利用管道截面突變(即聲抗的變化)使沿管道傳播的聲波向聲源方向反射回去,從而使聲能反射回原處;

二是利用幾個界面的反射,使原來第一個向前傳播的聲波又回到原點,並再次折回向前傳播,該點與尚未被反射的第二個向前傳播的聲波匯合,而且兩者在振幅上相等,在相位上差180度的奇數倍,從而互相干涉而抵消。

折疊風機式

主要適用于降低羅茨系列、軸流系列風機的進排氣噪聲,也可以用于對排氣管道及其它高壓風機的降噪,消聲量15-30dB(A),壓力損失少于500Pa。

阻抗聲流型通風、排氣管道及風機消聲器結構原理

根據對工業用各類風機運行現場噪聲源進行實際測試所取得的頻譜特性資料來確定在哪些頻譜範圍內需要多大消聲量作為設計吸聲體及流體通道的主要依據,同時采用了具有較大吸聲材料飾面的狹矩形通道,以增強吸收效果。另,風機的噪聲源在最大噪聲級時,其頻譜值往往不止一種,而對不同頻譜帶,對其消聲量要求也不相同。為此系列通風管道消音器及鼓引風機消聲器均為阻抗聲流型,采用了對高、中頻噪聲起吸音消聲作用的阻式結構及對中、低頻噪聲起消聲降音作用的抗式結構,同時在阻式通道中采用了高頻及低頻兩種吸音消聲區,用以最大限度的增寬消聲頻帶,以實現良好的消聲降噪效果

其特點如下:

1、采用多級消聲,消聲量大,排汽消聲器可達35~40分貝;安全閥消聲器可達25分貝以上;風機消聲器可達30~40分貝以上。

2、體積小,重量輕,安裝簡便,易維護。

3、ZXP、ZXA系列,筒體采用優質不袗,具有足夠高的強度和耐腐蝕性。

4、能單獨固定、吸收排汽管道的垂直及水平熱位移,使排汽管道不因消聲器的安裝而受到額外的荷載,保證排汽管道在熱能工作下的安全性。

折疊

3、鍋爐消聲器的結構性能。(尺寸合理、造價低、壽命長等)

消聲器設備,鍋爐點火排汽消聲器,蒸汽安全閥消聲器,低壓蒸汽消聲器(TD型)新型高效抗噴阻型系列消聲器設備被廣泛使用于發電、化工、冶金、紡織等工業廠礦中用于各種型號鍋爐、汽機排汽;風機;安全門等設備的消聲降音。該系列消聲器設備是根據抗、噴、阻復合消聲原理所研制,具有消聲量大、體積小、重量輕及安裝方便無檢修等諸多優點。

0.35-0.45mm後,發動機啟動後運轉正常,但是當汽車行駛約40公里後,消聲器又出現放炮現象。

故障檢查與排除:根據上述現象對消聲器放炮原因進行了仔細分析,為找出故障癥結,檢查了點火次序、分電器斷電觸點臂彈簧力、點火正時、火花塞等均未發現問題。繼續檢查化油器空氣濾清器、氣門間隙也沒結果。再次啟動發動機又運轉正常,但是沒有多久舊病又復發了。 停車再次檢查分電器部分。通過拆卸和仔細檢查,終于發現斷電器觸點臂至低壓

主要作用

降低發動機的排氣噪聲,並使高溫廢氣能安全有效地排出。消聲器作為排氣管道的一部分,應保證其排氣暢通、阻力小及足夠強度。消聲器要經受500℃~700℃高溫排氣,保證在汽車規定的行駛里程內,不損壞、不失去消聲效果。

汽車噪聲主要來自汽車排氣噪聲。若不加消聲器,噪聲可達100分貝以上。其次為引擎噪聲和輪胎噪聲,引擎噪聲在汽車正常運轉時,可達90分貝以上,而輪胎噪聲在車速為90公里/時以上時,可達95分貝左右。因此,在排氣系統中加上消聲器,可使汽車排氣噪聲降低20-30分貝。在引擎方面,以汽油引擎代替柴油引擎,可以降低引擎噪聲6-8分貝。