排气消声器性能试验台隔声罩的设计

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1、排气消声器性能试验台隔声罩的设计排气消声器性能试验台隔声罩的设计船用柴油机排气消声器性能试验台的的风机设备、燃烧器和油泵安装在移动式底座上，实验时产生很大的噪声，其测量表面平均 A 声级可达 100 dB，如表 1。须采取有效地降噪措施，方法之一便是安装隔声罩。隔声罩通常是具有隔声、吸声、阻尼、隔振和通风、消声等功能的综合体。隔声罩的类型一般有三种，即局部式、隧道式和密封式。局部隔声降噪效果小，仅能使整机噪声降低 5-10 dB；隧道式隔声，一般可使整机噪声降低 5-10 dB；密封式隔声一般可使整机噪声降低 10-30 dB，降噪效果好。根据对试验台的设计要求，选择密封式隔声罩。1 1 试验

2、台的声学特性试验台的声学特性准确掌握试验台的声学特性是设计合理有效的隔声罩的关键。试验台工作时，其流量和稳定调节范围较大，因此需要了解不同工况下试验台的噪声频谱特性，并分析它们的规律，为隔声罩的设计提供依据。根据国家标准，将试验台简化成一个3.5m2.5m2m 的基准体，采用 12 测点法，各测点与基准体表面垂直距离 d = 1m。表 1 为四个实验工况下试验台测量表面的 A 计权平均声压级。图 1 至图 4 为不同流量和温度下试验台各测点的 1/3 倍频程噪声频谱特性曲线。表表 1 1 不同工况下试验台测量表面的平均声压级不同工况下试验台测量表面的平均声压级温度/3140338550流量/m

3、/s2.53.95.77.5平均声压级/ dB(A) 99.85100.32101.2102.70由表 1 可知，温度和流量对试验台平均 A 计权总声压级影响不大。由图 1-4 可知：试验台的噪声频带分布较广且均匀，没有明显的主频带，不同的温度和流量下，频率在 2008000Hz 内，各测点 A 声级约在 80 dB 以上；频谱曲线变化规律基本一致，315 Hz 和 800 Hz 可视为两个主峰值。2 2 隔声罩的设计隔声罩的设计隔声罩须满足一下几点要求：（1）方便维修，具有良好的冷却性能；（2）具有 2008000 Hz 内较宽的消声频带；（3）采用国家标准 12 点测量法，要求低于试验台加

4、装隔声罩后测点 A 计权总声级低于 85 dB；（4）具有良好的阻燃性；（5）具有防雨和防潮能力；隔声罩为长方体结构，长宽高为 3.52.52.15m。结构如图 5。其主体是一层 50mm 厚的铝质蜂窝板式隔声结构，在蜂窝板的内外壁均加有一层 1 mm 厚的钢板。隔声罩四个壁面共由 24 个标准隔声板元件组成，在各隔声板的插槽内均用橡胶密封，防止声波的衍射噪声的声外漏，并起到了减振的作用，隔声罩上开有 4个进气口，以满足试验台的进气流量要求，进气口与阻性进气消声器相连，以降低试验台的进气噪声。风机进口分布在与阻性消声器出口相对应的另一侧，以使隔声罩内气体充分流动，起到冷却作用。为方便对隔声罩内

5、的设备仪器进行维修，保养和给油箱加油，隔声罩上开有两个门。试验台的控制柜和风机的电机配电箱是试验时进行操作的对象，放在隔声罩外，并用卷帘门加以防护。在隔声罩的一侧开有直径为 250mm 的孔，用于通过排气管道。2.12.1 选定隔声量选定隔声量隔声罩隔声特性的评价方法很多，对于同一个隔声罩，采用不同方法，所得评价量是不同的，再此采用 A 声级评价。试验台的 1/3 倍频程特性前文已经分析。隔声罩的 1/3 倍频程隔声量可由下式计算获得：Ri = Lpi+Ai-L2A-10 （1）式中：Ri所需 1/3 倍频带隔声量（dB） ；Lpi频带中心频率的线性声压级（dB） ；i中心频率序号；AiA 计

6、权网络修正值（dB） ；L2A采取隔声罩后需要达到的 A 声级（dB） 。则总的隔声量RA为RA = L1A-L2A （2）式中：L1A采取隔声前的 A 声级（dB）从计算的RA中选定最高值的频带作为设计的主频带，这里选取中心频率315Hz 和 800Hz 作为主要消声频段。2.22.2 标注隔声板元件的设计标注隔声板元件的设计通常，隔声罩的外壳由不同类型隔声板元件组装而成，这些元件包括壁板、框架、吸声材料和穿孔板。壁板的厚度根据隔声的要求选为 1-4mm 厚钢板。试验台的隔声板元件有内外层壁板，新型蜂窝板结构和新型吸声材料组成。蜂窝板减振和降噪原理是其能有效地吸收外界冲击力并转化成芯材塑柱变

7、形能，然后再缓慢释放。蜂窝板有其以下优点：（1）重量轻、强度高、刚性好；（2）寿命长，具有很高的耐腐蚀性能，长期使用温度可达 150；（3）减振抗冲击性好，能量吸收能力为 150-350kJ/m；（4）良好的隔声降噪功能，对 100-3200Hz 的声源隔声量可达 20-33 dB；（5）隔热保温，导热系数为 0.104-0.130 W/（K） ；（6）防火阻燃性好，可根据使用要求达到不同的防火等级；（7）外观平直度强,不易变形。吸声材料选用轻泡沫材料-LNZ-高性能阻尼材料,它的表面附有一层黑色薄膜,中间为黑色声学泡沫，背后有一层不干胶。其优点是：吸声性能好，密度 30 kg/m、厚度为 3

8、0 mm 时，平均吸声系数在 0.6 以上；抗水解性和阻燃性好。这种优点可以减少风机的进气阻力，减少防火安全隐患等问题。组装时，隔声板彼此应连接紧密，连接部位有足够的刚性，接缝处的透声量要小。2.32.3 隔声门的设计隔声门的设计门对隔声罩隔声量的影响极大，根据各部位等投射原则，门的隔声量设计一定要与壁罩的隔声量相对应。罩壁材料接口处有缝隙，或门密封不好，常常导致隔声罩的总体隔声效果受损。一般在估计孔或缝隙漏声时,可以认为孔或缝隙的生头系数为 1，那么具有面积为的罩，如果孔和缝隙面积的综合为S,则罩的最高隔声量为:RA = 101g(dB) SS（3）由式（3）可以看出，如果S 为 S 的 1

9、%，则罩的最高声量不会超过 20 dB，由此可知，对罩体上孔和缝隙的密封是很重要的。门的尺寸应尽量小，以减少它对隔声罩隔声量的影响，取夹心门再贴吸声材料。隔声板与隔声门为斜面锲口连接，内贴吸声材料密封条。另外，隔声罩上不设观察窗，其功能有内部安装的摄像头代替。3 3 实验分析实验分析试验台在不同实验工况下的噪声频谱特性相似，因此选取试验台的冷态和热态两个工作状态进行家装隔声罩后的现场测量。其辐射噪声频谱特性曲线如图 6 和图7，图例含义如前文所述。图 8 为安装隔声罩前后各测点的 A 计权总声压级。使用的测量设备为丹麦 B&K 公司的 2260 声谱分析仪。由图 6 和图 7 可知：隔声罩对

10、100Hz 以上中高频段噪声有明显的降噪作用，降噪量可达 20 dB；对 100Hz 以下的低频段降噪效果不明显，甚至使噪声增大，一方面是蜂窝板和吸声材料对低频噪声的吸声能力较差，另一方面是隔声罩与底座局部为刚性连接，是低频段的固体声得到加强。由图 8 可知，同实验工况下，各测点的A 计权总声级低于 85 dB，说明隔声罩隔声效果好，达到设计要求。隔声罩对测量表面的平均 A 计权总声压级降噪量如表 2。表表 2 2 隔声罩对测量表面的平均总声级降噪量隔声罩对测量表面的平均总声级降噪量温度/40550流量/m/s3.97.5装隔声罩前声压级/ dB(A)100.32102.70装隔声罩后声压级/ dB(A)81.8982.13隔声量/ dB18.4320.44 4 结语结语将蜂窝板用于隔声罩的设计是对新型隔声结构有意义的探索。设计的隔声罩可有效改善试验台的工作环境，其平均降噪两可达 20 dB。隔声罩的设计过程和结构可以为下一步进行船舶舱室、柴油机组等结构的隔声设计提供有意义的参考。