阻性消声器基础知识与选用

消声器的消声量是评价其声学性能好坏的重要指标，但测量方法不同，所得消声量也不同。

静态消声量：当消声器内仅有声音（没有气流）通过时，所测量消声量。

动态消声量：当消声器内有声音和气流同时通过消声器时，测得的消声量。

消声器的分类：

阻性消声器：

消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来，因磨擦阻力和黏滞力将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。与电学类比，吸声材料就相当于电阻，故称阻性消声器。

消声的频率特性：具有良好的中、高频消声性能。

适用范围：消除风机、燃气轮机进、排气噪声（即气体流速不大的情况）。

降噪量与材料吸声性能和周长/截面比有关。

1.直管式消声器：

特点：结构简单、气流直通，阻力损失小，适用于气体流量较小的情况。

缺点：不适用于气体流量较大的情况。

2.片式消声器

消声衰减量与单通道直管式消声器计算公式相似；

结构：相当于多个单通道直管式消声器组成；

当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计算单个通道的消声量。

特点：中、高频消声效果好，阻力系数较小。

通常取消声片厚度为50-350mm，片间距离（通道宽度）取100-250mm。

3.折板式消声器

结构：将片式消声器中的直板改为折板，是片式消声器的变形。

原理：将直通道改为曲折通道，给定直线长度情形下，可增加声波在管道内的反射次数，即增加声波与吸声材料的接触机会，改善消声性能。提高消声量。

为了减小阻力损失，折角一般小于20°。

适用于高压风机或鼓风机的消声。

4.声流式消声器

结构：将折板式的折角变为平滑弧形板。

特点：可使气流通过流畅，阻力减小，达到高消声、低阻损的要求，阻力系数介于片式和折板式消声器之间，适用于大断面流通管道。

缺点：结构复杂，加工难度大，造价较高。

5.蜂窝式消声器：

结构：若干个小型直管式消声器并联而成。

原理：小型管道的周长与截面积之比值L/S比直管式和片式大，所以消声量较高。

特点：小管的尺寸很小，使高频失效频率大大提高，改善了高频消声特性。

计算：一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。

由于构造复杂，阻力较大，通常用于风量较大的低流速场合。

6.弯头式消声器：

结构：在弯管壁面衬贴吸声材料，其形式有圆管弯头、矩形性弯头、圆弧形弯头和直角形弯头。

原理：弯头式消声器能改变管道内气流的方向。

特征参数：

弯头上衬贴吸声材料的长度，一般相当于管道截面尺寸的2-4倍。

弯头的插入损失大致与弯折角度成正比，如30°弯头的插入损失仅为90°弯头的1/3。

对于无规则入射，180°弯头的减噪量约为90弯头的1.5倍。

阻性消声器性能的影响因素：

控制气流噪声的主要措施，一是按声源特性和消声器的消声量确定合适的气流速度；二是选择合适的消声器结构，改善气流状态，减少湍流发生。

一般情况下，对于空调用消声器流速不应超过5m/s；对风机和空压机不应超过20-30m/s；对内燃机和凿岩机不应超过30-50m/s，对于大流量的排气放空消声器，流速可选在50-80m/s左右。

根据18K116-4 XZW50型消声弯头选用与制作（选用分册）要求：

例1：选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？

解：1）当管道为圆形时：

气流影响：

气流对消声器声学性能的影响，主要表现为：一是气流会引起声传播和衰减规律的变化；二是气流在消声器内产生“气流再生噪声”；三是气流通过消声器时总压会有一定程度的降低，称为气流的阻力损失。

（1）气流对声传播规律的影响

① 有气流时的消声系数公式：

② 折射的影响：

声波在阻性管道内传播，伴随气流，而气流方向与声波方向一致，则使声波衰减系数变小，反之，声波衰减系数变大。影响衰减系数的最主要因素使马赫数M=v／c，即气流流速与声速的比值。顺流和逆流相比，逆流对消声有利。但是实际中气流流速都不会太高，即使气流流速为30～40米/秒时M=0.1，对整个消声器的消声性能影响并不大，因此，一般可忽略不计。

另外，从气流速度引起声波传播折射的现象来看，消声器在排气管道和进气管道也表现不同。气流与声波方向一致时，能有效的吸声，相反时，对消声作用不利。但实际当中气流不是很大，所以，无论从哪一个角度来看，气流对声传播规律的影响都不是很明显的。

（2）气流再生噪声的影响

分析气流再生噪声主要有两点：一是气流经过消声器时，因结构复杂造成局部阻力和摩擦阻力而产生一系列湍流，相应地辐射一些噪声；二是气流激励消声器构件振动而辐射噪声。

（3）气流的压力损失

气流的总压损失与气流的流速平方成正比，并与通道的平直性，以及壁面的粗糙度等因素有关。包括摩擦压力损失、管道突扩处的局部阻力损失、管道突窄部的局部阻力损失、弯头的局部阻力损失。

阻性消声器的设计步骤：

⑴确定消声量；

⑵确定消声器的结构型式；

⑶选用合适吸声材料；

⑷决定消声器的长度；

⑸合理选择吸声材料的护面结构；

⑹机械结构设计；

⑺验算。

抗性消声器：

扩张式消声器：

消声原理：扩张室消声器又称膨胀室消声器，它是由管和室组成的。它是利用管道截面的扩张、收缩引起声反射和干涉消声的。

共振式消声器：

消声原理：小孔和空腔组成一个弹性振动系统，管壁的孔颈中空气柱类似活塞，它具有一定的质量。当声波传至颈口时，在声压作用下，空气柱做往复运动，便与孔壁产生摩擦；使声能转变成热能而消耗掉。当外来的声波频率与消声器弹性系统的固有频率相同时，便发生共振。在共振频率及其附近，空气振动速度达到最大值。同时，消耗的声能量多，消声量最大。

阻抗复合式消声器种类：

阻抗复合式消声器根据其构成形式的不同，可分为阻性－扩张室复合式消声器；阻性－共振腔复合式消声器等。

阻抗复合式消声器的应用：

某厂冲天炉使用的D36型罗茨80／1500鼓风机，消声器设计成阻－扩张室串联组成的复合式，如图所示。

消声设计原则：

消声措施适用于降低空气动力性机器、设备的噪声。

1.根据噪声源所需的噪声量、空气动力性能要求以及空气动力设备管道中的防潮、耐蚀、防火、耐高温等要求，选择消声器的类型。

2.根据声源空气动力性能的要求，考虑消声器的空气动力性能，使消声器的阻力损失控制在机械设备正常的工作范围内；

3.设计消声器时，考虑到气流再生噪声的影响，使气流再生噪声小于环境允许的噪声级；

4.注意消声器和管道中的气流速度；

5.还应该考虑到隔声及坚固耐用、体积大小与空气机械设备匹配问题。

消声设计程序：

例2：某型号风机，风量为40m3/min，进气管口直径为200mm。在距进气口3m处测得的噪声频谱如表所列。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：⑴ 根据在进气口测得的噪声频谱（第1行）和NR90的降噪要求（第2行），可确定所需要的消声量（第3行）

⑵ 根据分机的风量和管径，可选用直管阻性消声器。消声器气流通道的截面周长与截面积之比（第4行）

⑶ 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（第5行），查表得消声系数（第6行）

⑷ 计算各频带所需要的消声器长度（第7行）

⑸ 计算高频失效频率：

f=1.85C/D=1.85×340/0.2=3145Hz

关于18K116-4《XZW50型消声弯头选用与制作（选用分册）》要求：

其他相关内容，请见图集18K116-4《XZW50型消声弯头选用与制作（选用分册）》。

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