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1、第六章第六章 消消 声声 器器 第一节 消声器的性能评价第二节 消声器的分类及消声机理 第三节 消声器的测量技术 第四节 消声器的设计第一节 消声器的性能评价消声器能够阻挡声波的传播，允许气流通过，是控制噪声的有效工具。 消声器是安装在空气动力设备（如鼓风机、空压机）气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置。消声器的性能主要从以下三个方面来评价。消声性能，即消声器的消声量和频谱特性 空气动力性能，即阻损或阻力系数 结构性能，具有同样的消声性能和空气动力性能的消声器 第二节 消声器的分类及消声机理消声器的种类很多，但究其消声机理，可以把它们分为6种主要类型，即阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式
2、消声器、微穿孔板消声器以及小孔消声器和有源消声器。一、阻性消声器一、阻性消声器阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。 阻性消声器能在较宽的中高频范围内消声，特别是对于刺耳璄高频声有较好的消声效果 。阻性消声器的消声量与消声器的形式、长度、通道横截面积有关，同时与吸声材料的种类、密度、和厚度等因素也有关 。阻性消声器的消声量L可按下面的基本公式计算 （6-1）式中 L消声量，单位为dB； 消声系数，一般可取表6-1的值； l消声器的有效部分长度，单位为m； P消声器的通道断面周长，单位为m； S消声器的通道有效横截面积，单位为m2。 阻性消声器一般有： （一）管式消声器（二）片式消声器
3、（三）蜂窝式消声器（四）折板式消声器（五）迷宫式消声器（六）声流式消声器二、抗性消声器二、抗性消声器抗性消声器与阻性消声器的消声机理是完全不同的 。没有敷吸声材料，因而不能直接吸收声能。 适用于消除中、低频噪声，主要有扩张室式和共振式两种类型 。（一）扩张室式消声器扩张室式消声器也称膨胀式消声器，是利用管道横截面的扩张和收缩引起的声反射和干涉来进行消声的。单节扩张室式消声器是由连管和扩张室组成的。 频率特性是由室长决定。它的消声量L（单位为dB）为 L （6-9）式中 l扩张室的长度，单位为m； m，m1，m2扩张比，m=S2/S1，m1=S/S1，m2=S/S2； k波数，k 。通常把扩张室
4、式消声器的出口和入口管径设计为同样尺寸，即m=m1=m2，此时公式6-9就变成L （6-10） （二）共振式消声器最简单的共振式消声器是单腔共振式消声器。 消声原理和穿孔板共振结构的相似。 固有频率f0（单位Hz）为 （6-11） 式中 c声速，取c=340m/s； V空腔体积，单位为m3； G传导率，单位为m t穿孔板厚度，单位为m d孔径，单位为m； n孔数； S一个孔的截面积，单位为m2。 共振式消声器的消声量一般可用下式估算 （6-12） 式中 S气流通道的截面积，单位为m2； V空腔体积，单位为m3； G传导率，单位为m； f声波频率，单位为Hz；共振式消声器气流通道的截面积，主要根
5、据空气动力性能的要求选定。在一般情况下，对于单通道，直径应小于250mm。当气流流量加大需用多通道时，每个通道的宽度可取100200mm。 另外，共振式消声器必须满足以下几个条件：共振腔的长、宽、高（或深度）尺寸，都要小于共振频率的1/3波长。穿孔段长度不应大于共振频率的十二分之一波长，而且穿孔要尽量集中在共振腔的中部，呈均匀分布。共振式消声器适用于消除噪声中特别强烈的低中频峰值频率成分。（三）阻抗复合式消声器（三）阻抗复合式消声器阻性消声器在中高频范围内有较好的消声效果，而抗性消声器可以有效地消除低中频噪声。若取这两种消声器结构的优点，就能够获得在较宽的频率范围内令人满意的消声效果。把阻性结
6、构和抗性结构按照一定的方式组合起来，就够成了阻抗复合式消声器。 常用的阻抗复合式消声器有阻扩复合式、阻共复合式、阻共扩复合式等。根据阻性和抗性两种消声原理，可以组合出各式各样的阻抗复合式消声器。阻抗复合式消声器由既有吸声材料，又有共振腔扩张室等的声学滤波元件组成，消声原理定性地可以认为是阻性和抗性各自消声原理的结合。但是由于声波的波长比较长，因此当消声器以阻和抗的形式复合在一起时,就会出现声的耦合作用，互相产生影响，因此不能看作是简单的叠加关系。图6-12给出几种阻抗复合式消声器.阻抗复合式消声器具有宽频带、高吸收的消声效果，主要用于消除各种风机和空压机的噪声。但由于阻性段有吸声材料，因此阻抗
7、复合式消声器一般不适用在高温和含尘等环境中使用 。四、微穿孔板消声器四、微穿孔板消声器微穿孔板消声器是阻抗复合式消声器的一种特殊形式，微穿孔板吸声结构本身就是一个既有阻性又有抗性的吸声元件，把它们进行适当的组合和排列，就构成了微穿孔板消声器。微穿孔板消声器的特性一般由纯金属薄板制作 适用于需要非常清洁的高级空调设备微穿孔板的穿孔率很低 ，孔细而密 ，表面光洁，摩擦系数小 微穿孔板消声器产生的气流再生噪声小，在高速气流下，它比阻性消声器的消声效果明显要好 五、小孔消声器五、小孔消声器小孔消声器是一根直径与排气管直径相等、末端封闭的管子，管壁上钻有很多小孔 ，见图6-14。 消声原理是以喷气噪声的
8、频谱为依据的，图6-15给出的几种不同喷孔孔径D的喷气噪声的频谱特性。 小孔消声器是降低气体排放时产生的噪声的一种消声器，它有体积小、重量轻和消声能力大的特点，主要用来控制空气压缩机及火力发电厂的锅炉排气、钢铁企业的高炉放风、化工厂的气体放散等的噪声。六、有源消声器有源消声器（也称电子消声器）的基本原理是在原来的噪声场中，利用电子设备再产生一个与原来的声压大小相等、相位相反的声波，即反噪声，使其在一定范围内与原来的声场相抵消。由传声器、放大器、相移装置、功率放大器和扬声器等组成 （见图6-16）。 有源消声器除了在较小的范围内用于降低低频噪声（如机床旁边工人耳边、飞机座舱驾驶员头部附近等），或
9、在较大范围内用于降低简单稳定的声源（如大变压器站、大加压站等）的噪声外，并未得到普遍使用。把有源消声器广泛地应用于工业噪声控制，还有很多问题尚未解决，但随着现代化科学技术的发展，它的应用前途必然是十分广阔的。第三节 消声器的测量技术 对消声器的性能除了从理论上进行估算以外，一般还需要根据实际测量来定。图6-18是一种消声器实验装置的示意图。利用该实验装置，可以测定消声器的静态插入损失、气流再生噪声和阻力系数（阻力损失）等。一、消声器静态插入损失测量一、消声器静态插入损失测量用白噪声信号发生器在室内发声，声波经过管道向混响室传播，在混响室内测量安装消声器前后的各个频率或倍频的声功率级，将结果相减
10、所得之差值即为该消声器的静态声功率级插入损失 。对于阻性消声器，其动态插入损失和静态插入损失之间有如下关系 （6-15）式中 动态插入损失，单位dB; 静态插入损失，单位dB; Ma ,马赫数； V气流速度，单位为m/s; C声速，单位为m/s。 , 二、气流再生噪声测量二、气流再生噪声测量气流再生噪声是气流受局部阻力或摩擦阻力产生湍流而产生的噪声，以及气流激发消声器构件振动而辐射出来的噪声 气流再生噪声的大小取决于气流速度和消声器的结构 气流再生噪声对消声器消声性能的影响 设消声器入口噪声级为L入，出口噪声级为L出，再生噪声级为L再，出口环境噪声级为L环，则（1）当L出-L再10dB时，再生
11、噪声对消声器的消声性能无影响，此时测得的消声量L=L入-L出，是该消声器的实际消声量。（2）当 时，再生噪声对消声器的消声性能有一定程度的影响。但进行修正后可得到实际消声量的近似值， L出L再时 L=L入-L出-L增值， L出L再时 L=L入-L再-L增值；（3）当L再-L出10dB以上时，再生噪声对消声器的消声性能有很大影响，消声器的消声量仅为L入-L再。此时，由于再生噪声的影响，消声器的长度不论怎样加长，起出口端的声级也不会降低，消声作用得不到充分的发挥。 （4） 无论何种情况，在消声器出口端测得的噪声值都应大于L环10dB以上，否则，由于环境噪声的干扰，将测不到准确的消声量，消声量的效果
12、再好也显示不出来。三、消声器的阻损测量三、消声器的阻损测量以风机为声源，输出具有一定流速的气流 ，分别测量消声器入口端和出口端的全压，其差值即为消声器在这种风速下的阻力损失 若在不同风速下测出消声器的动压和阻力损失，则可按下式算出该消声器的平均阻力系数 ， （6-16）式中 消声器入口和出口断面上的平均全压差； 测点断面上的平均压差。 第四节 消声器的设计安装消声器是控制气流噪声通过管道向外传播的重要措施。凡空气动力机械设备（如鼓风机、通风机、压缩机、气轮机、内燃机以及各种排气放空装置等）辐射噪声超过国家有关标准规定，都应设计安装与其相适应的消声器。一、设计原则一、设计原则（1）根据噪声源所需
13、要的消声量（A声级和倍频程声级）、空气动力性能要求以及空气动力设备管道中的防潮、耐油、防火、耐高温等要求，选择消声器的类型。1）对以低、中频为主的噪声源（如离心通风机等），可以采用阻性或阻抗复合式消声器；2）对宽带噪声源（如高速旋转的鼓风机、内燃机等），可以采用阻抗复合式消声器或微穿孔板消声器；3）对脉动性低频噪声源（如空压机、内燃机等），可以采用抗性消声器或微穿孔板消声器；4）对高压、高速排气放空噪声，可以采用小孔消声器或消声坑道等；5）对潮湿、高温、油雾、有火焰的空气动力机械设备，可以采用抗性消声器或微穿孔板消声器。（2）根据噪声源空气动力性能的要求，考虑消声器的空气动力性能，把消声器的阻
14、力损失控制在能使该机械设备正常工作的许可范围之内。（3）设计消声器时，应该考虑消声器可能产生的气流再生噪声的影响，使消声器的气流再生噪声级低于该环境允许的噪声级。（4）为了降低消声器的阻力损失和气流再生噪声，保证消声器的正常使用，必须降低消声器和管道中的气流速度。 另外，消声器的设计还应考虑到隔声以及坚固耐用，并使其体积大小与空气动力机械设备相匹配。二、设计方法二、设计方法设计消声器时，必须首先查找、估算及测量需要作消声处理的空气动力机械设备的噪声数据（如A声级和倍频带声压级等），并确定辐射噪声的部位和传播噪声的主要途径，从而选择消声器安装的最佳位置。然后再根据国家有关标准的具体要求，确定允许噪声的标准数值，计算消声器所需要的消声量。最后根据所需要的消声量、空气动力性能以及其他要求，确定消声器的类型，设计出符合要求的消声器。项 目A声级/dB倍频程声压级/dB631252505001000200040008000机械设备噪声设备传至控制点的噪声控制地点允许的噪声消声器所需消声量消声器的设计消声量消声后的噪声表表6-5 消声器的设计计算表消声器的设计计算表
