武理工噪声控制工程讲义08消声技术.docx

8消声技术本章提要:1 对于空气动力性噪声的污染，如各种风机、空气压缩机、柴油机:以及其他机械设备的输气管道噪声，需要用消声技术加以控制，最常12 用的消声设备是消声器。消声器的种类和结构形式很多，根据其消:声机理，消声器可分为4种类型：阻性消声器、抗性消声器、扩散性消11声器和损耗性消声器。不同类型的消声器适用范围不同。一个好的:消声器应综合考虑声学、空气动力学等方面的要求，具有良好的消声:1性能。本章介绍消声器消声量的计算方法、设计要求以及消声技术I:在控制空气动力性噪声中的应用。1C侬8$1消声器简介空气动力性噪声是一种常见的噪声污染，从喷气式飞机、火箭、宇宙飞船，直到各种动力机械、通风空调设备、气动工具、内燃发动机、压力容器及管道阀门等的进排气，都会产生声级很高的空气动力性噪声。控制这种噪声最有效的方法之一是在各种空气动力设备的气流通道上或进排气口上加装消声器。消声器是一种既能允许气流顺利通过又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。8.1.1消声器性能的评价良好的消声器应全面考虑声学、空气动力学性能和结构等要求，满足以下3个基本条件。8.1.1.1良好的消声特性消声器在一定的流速、温度、湿度、压力等工作状况下，要求具有较高的消声量和较宽的消声频率范围，即在所需要的消声频率范围内有足够大的消声量。8.1.1.2良好的空气动力性能消声器对气流的阻力要小，阻力系数要低，即安装消声器后所增加的压力损失或功率损耗要控制在允许的范围内，气流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低，达到基本上不降低风量、保证气流畅通的目的。8.1.1.3良好的结构性能消声器的体积要小，质量要小，结构简单，便于加工、安装及维修，并且要求坚固耐用，使用寿命长，价格低廉。上述3个方面的要求互相联系，相互制约，缺一不可。当然根据具体情况可以有所侧重，但不能偏废。如一个空调设备的消声器，若只考虑提高消声量而空气动力性很差，气流阻力损失大，以至供风不足，就影响了使用；若消声性能和空气动力性能很好，但容易损坏，也会无人使用。8.1.2消声器声学性能的评价8.1.2.1插入损失插入损失是指装置消声器前后，气流通过管道某一测点位置的声压级差。此方法简便，用它能直观地反映消声器的实际使用效果。8.1.2.2声压级差声压级差又称末端声压级差或噪声降低量，是指消声器进口和出口端的平均声压级差，用于已安装好消声器的管道内测量。8.1.2.3轴向衰减轴向衰减是指通道内沿着轴向的声级变化，通常用每米的声衰减量表示.此方法只适用于在较长管道内连续而均匀分布声学材料的直通管道消声器。8.1.2.4传声损失传声损失是指消声器进口端输入声功率与消声器出口端输出声功率之比，取以10为底的对数并乘以10,或者是两端声功率级之差，即Lwi-Lw2O声功率通常可通过测定两端的平均声压级LPl和Lp2来确定。设Sl和S2分别为进口和出口端消声通道的截面积，可得：Lwi=7p1+101gs1(8.1)Lw2=Lp2+IolgS2(8.2)测量时应没有末端反射影响。上述的4种测量方法，都会由于管道末端反射的影响而使测量结果有很大差别，即使对同一消声器。目前，一般采用静态消声量来表示消声器的消声效果。因为静态消声量是一个定值，而动态消声量则受气流速度的影响，是一个不定值，因此消声器评价指标常用静态消声量表示。8.1.3消声器的种类8.1.3.1阻性消声器阻性消声器靠管道内壁装贴吸声材料消声，具有结构简单和良好的吸收中、高频噪声的特点。目前应用较广，主要用于控制风机的进、排气噪声，燃气轮机的进气噪声等。8.1.3.2抗性消声器抗性消声器与阻性消声器的消声原理不同，它不用吸声材料，不直接吸收声能，而是利用管道的声学特性，在管道设突变界面或旁接共振腔，使沿管道传播的声波反射或吸收，从而达到消声的目的。抗性消声器对中、低频噪声消声效果好，适用于清除频带比较窄的噪声。抗性消声器主要用于脉动性气流噪声的消除，如空气压缩机进气噪声、内燃机排气噪声的控制等。8.1.3.3阻抗复合式消声器阻抗复合式消声器在实际工程中应用广泛。由于阻性消声器在中高频范围内有较好的消声效果，而抗性消声器在中、低频段有较好的消声效果，把两者结合起来设计成阻抗复合式消声器，就可以在较宽频率范围内取得较高的消声效果。8.1.3.4扩散性消声器扩散性消声器主要用于小喷口高压排气或放空所产生的空气动力噪声。这类消声器常见的有小孔喷注消声器、多孔扩散消声器、节流降压消声器等。扩散性消声器的消声特点是消声频带宽，主要用于消除高压气体排放的噪声，如锅炉排气、高炉放风等。8.1.3.5损耗型消声器损耗型消声器是在气流通道内壁安装穿孔板或微孔板，利用微孔的声阻来消耗声能，以达到降噪目的，主要用于超净化空调系统及高温、潮湿、油雾、粉尘和其他要求特别清洁的场合。除上述5种常见的消声器外，为适应某些特殊的声学环境，近年研制出许多新型的消声器，如喷雾消声器、引射渗冷消声器、有源消声器等。一个合适的消声器，可使气流噪声降低2040dB,使声学环境得到明显改善。8.1.4消声器的设计程序8.1.4.1对噪声源作频谱分析通常可测定63Hz8kHz频段范围内1倍频程的8个频带声压级和A声级。如果噪声环境中有明显的尖叫声，则需作1/3倍频程或更窄的频带分析。将噪声的强度（声压级）按频带顺序展开，使噪声的强度成为频率的函数，并考查其波形，了解噪声声源的特征，为噪声控制提供依据。8.1.4.2确定控制噪声的标准应根据对噪声源的调查及使用上的要求，决定控制噪声的标准。标准过高，则增加成本，消声器体积增大或使措施复杂：标准过低，则达不到保护环境的目的。有时，环境噪声和其他不利条件的影响（如控制范围内有多个噪声源的干扰等），也是考虑确定消声器必须达到的消声量因素。8.1.4.3计算消声器所需的消声量在计算消声器所需的消声量AL时，对不同的频带要求不同，应分别进行计算：AL=Lp-ALd-La（8.3）式中LP一声源每一频带的声压级（dB）；ALd一无消声措施时，从声源至控制点经自然衰减所降低的声压级（dB）：La控制点允许声压级（dB）。8.1.4.4消声器的选择应根据各频带所需的消声量AL选择不同类型的消声器，如阻性、抗性、阻抗复合式或其他类型。在选取消声器类型时，要作方案比较并作综合平衡。8.1.4.5检验实际消声效果根据设计方案，检验实际消声效果是否达到预期要求，否则需修改原设计，作出补救措施。8.2阻性消声器阻性消声器利用吸声材料消声，把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定方式排列在管道中，就构成阻性消声器。当声波进入消声器中，吸声材料使一部分声能转化为热能耗散，达到了消声目的。与电学类比，吸声材料相当于电阻，故称阻性消声器。阻性消声器品种很多，主要有直管式、片式、蜂窝式、直板式、声流线式、室式、迷宫式、盘式、消声弯头等。8.2.1直管式阻性消声器最简单的阻性消声器是单通路直管式（圆管或方管），它在管壁上开孔并衬贴吸声材料而成，如图8.1所示。阻性消声器的消声计算公式不十分准确，而吸声材料的吸声系数很容易测得，所以常用吸声系数对消声值作近似估算。m8. 1 直管式阻性消声器阻性消声器的消声量AL可按下式（别洛夫公式）估算：AL=o（a0）（8.4）S式中0（a0）一消声系数，与材料的J正入射吸声系数a0T有关，可由表8.1查得；P。一气流通道断面周长（m）；S气流通道横截面积（m2）：I一消声器的有效长度（m）o表8.10与a（0）的换算关系aO0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.601.0o(afl)0.050.110.170.240.310.390.470.550.640.750.861.0-1.5计算消声量还有一个公式（赛宾公式）：AL=1.03tl14-I（8.5）S式中a为混响室内测得的吸声材料平均吸声系数，P。、I和S的意义同式（8.4）o为了计算方便，表8.2列出了a与a，的关系。此公式用于a为0.20.8,频率f为2002000Hz,管道断面大小为22.545Cm2、比例为1:11:2的矩形通道。表8.27与GI的换算关系a0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.600.700.800.901.00a,40.0150.0400.0700.1050.1440.1850.2300.2770.3270.3290.4890.6070.7320.8631.00管式消声器对中、高频噪声有较好的消声效果，但对一定截面的消声器，当频率达到一定值时，声波会在管道中沿轴向直线传播，形成“声束”，很少与管壁上的吸声材料接触，消声量大大降低。使消声量明显下降的频率称高频失效频率其经验公式为：(8.6)fn=1.85尢式中D一消声通过截面的当量直径（对于圆管即为直径；对长、宽为a、b的矩形通道，D=zS）Cm）；c声速（ms）o当频率高于/n后，每增加一个倍频程，其消声量降低30%o因此，只有在通道半径较小时（03m）才用直管式消声器，以保证/0有较大的值。对小风量的管道的设计，可采用单通道直管式消声器；而对风量较大的粗管道，由于高频失效，不能使用单通道直管式消声器，应采用多通道形式。8.2.2多通道的阻性消声器8.2.2.1片式消声器片式消声器如图8.2所示。当气流流量较大，通道半径不能太小时，为使rl较大，可将大通道分成几个小通道，在隔板上铺设吸声材料，构成了片式消声器。片式消声器消声量计算公式和直管式消声器计算公式相似：A1=o（a0）乙1（8.7）、当每个通道的构造和尺寸相同时，单通道内的消声量即为整个消声器的消声量。片式消声器结构简单，中、高频消声效果好，使用得较多。为不妨碍气体流动，片式消声器的通道截面应设计为通道截面的1.5倍。8.2.2.2折板式消声器图8.2 片式消声器折板式消声器是将片式消声器中直板状的隔板做成弯折状。如图8.3所示，弯折状的隔板有更多机会与声波接触，发挥吸声材料的作用，使吸声量提高，中高频的消声性能得到改善。折板式阻损（气流通过消声器时，进气端流体静压强与出气端流体静压强的差值，阻损增大意味着消声器空气动力性能变坏）大于片式阻损，因此弯折板的弯折度一般以两头不透气为原则，弯折角不超过20O折板式的缺点是阻损大，气体流速较快时不宜采用。8.2.2.3声流式消声器将折板式消声器隔板由弯折状改为正弦曲线状就成为声流式消声器，如图8.4所示。当声波通过时，增加反射次数，并对某些频率的声波产生吻合振动，从而改善吸声性能。这种消声器的结构较复杂，造价较高。<I*WM8.2.2.4蜂窝式消声器蜂窝式消声器由许多平行的小管式消声器组成，如图8.5所示。计算公式与直管式消声器相同，因为是并联，只计算一个小管的消声量即可。因管道的周长L与截面S之比值比直管和片式的大，消声量较高，且小管的图8.4声流式阻性消声器尺寸小，使消声失效频率提高，从而改善了高频消声特性。蜂窝式优点是中、高频消声效果好，缺点是结构复杂，阻损较大，通常在大风量低流速时使用。蜂窝式消声器的通流截而可选为管道通流截面的152倍。8.2.2.5室式消声器室式消声器如图8.6所示，在壁面上均衬贴图8.5 蜂窝式阴性消声器图8.6 室式消声器有吸声材料，形成小消声室，并在室的两对角插上进出口风管。当声波进入消声室后，在小室内经多次反射而被材料吸收。又由于管道从进风口至室内，从室内至出风口，截面发生两次突变，起到抗性消声器（在第8.3节中讨论）的作用。室式消声器的消声频带较宽，消声量较大，但阻损较大，占有空间大，一般用于低速进排风消声。室内消声器的传声损失LTL为：(8.8)2.由黑+?式中S一进风口（或出风口）的而积（m2）；Se一小室内吸声衬贴表面面积（m2）；7材料平均吸声系数：D一进风口至出风口的距离（m）,D2=W2+（H-d）2ocos9=W/D从式（8.8）可以看出室式消声器的消声原理，小括号内第一项是进口到出口的直达声，cos9相当于指向性因数，i为房间常数的倒数1/R,前项为直接Sma声随距离的衰减，后项为混响声的衰减。进口相当于声源，出口为接收点。由于没有考虑到进出口的而积突变因素，因此实际进出口的声压级差比LTL还要大。8.2.2.6迷宫式消声器在空调系统的风机出口、管道分支或排气口等位置，设置容积较大的箱（室），在其内部加衬吸声材料和吸声障板，就组成迷宫式消声器，如图8.7所示。这种消声器除具有阻性消声作用外，通过小室断面的扩大与缩小，还具有抗性作用，因此消声频率范围宽。这种消声器的消声量可用下式估算：AL=101g（8.9）图&7迷宫式消声器式中a内衬吸声材料的吸声系数；sm-内衬吸声材料的表面积（nf）；S一进（出）口的截面枳（m2）°迷宫式消声器的缺点是体积大、阻损大，只在流速很低的风道上使用。8.2.2.7盘式消声器盘式消声器在空间尺寸受限制条件下使用，如图8.8所示。其外形呈盘形，使消声器的轴向长度和体积缩减。因消声通道截面是渐变的，气流速度随之变化，阻损较小，还因图88盘式消声器为进气和出气方向互相垂直，使声波发生弯折，故提高了中、高频的消声效果。一般轴向长度不到0.5m,插入损失为10-15dB（A）O此种消声器适用于风速不大于16ms处。图8.9 消声弯头8.2.2.8消声弯头在弯管内壁衬贴吸声材料，就成为消声弯头，如图8.9所示。弯头上衬贴吸声材料的长度，一般相当管道截面尺寸的24倍，没有吸声材料的弯头消声效果很差。在高频范围，衬贴有足够长吸声材料弯头的消声量比没有吸声材料弯头的消声量高10倍。消声弯头的消声量近似与弯头角度成正比，如30。弯头消声量约为50。弯头消声量的1/3。在使用阻性消声器时，要合理选择型式。一般进排气管道直径小于300mm,可选用直管式：管道直径大于300mm,可在圆管中设置一吸声层或吸声芯，如图8.10所示；通道直径大于500mm,应采用片式、蜂窝式或声流式（对于片式、蜂窝式要注意流速不应超过10-20ms）O消声器的长度并非越长越好，当然长一些可提高消声量，但要从经济实用的角度考虑问题。根据经验，一般现场使用的空气动力设备管道，消声器的长度应为1-3m。吸声材料是决定阻性消声器消声性能的重要因素。对于同样尺寸的阻性消声器，其消声的频率范围和消声量取决于吸声材料的种类、厚度、密度。此外，还要考虑吸声材料的护面层，如果没有护面层，吸声材料会被气流冲走。一般护面层有布、金属网、玻璃布、穿孔板等。穿孔板经常取58mm的厚度，气流速度越大，孔径应越小，穿孔率要大于20%o【例8.1】一阻性消声器的截面如百©图8.10设省在圆管中的吸声层或吸声芯图811所示，消声器上吸声材料的a。=c10.6o若要求消声量为20dB,问消声器的长"度应为多少才合适？该消声器失效频率为eI多少？【解】由式（8.4）,得CL-r-1S-ALL1=P0.（a0）式中AL=20mm,查表8.1,由a°=0.6,得图811例81附图o(a0)=1,则：s_3wHP0=3×2(w+H)=1.(2OOXI。、)*(320XKT')"2"(2<X)320)X1(),61.5X103所以1=61.5x103*2o=230mm=1.23mo即消声器的长度取1.23m合适。为求出失效频率，要利用式（8.6）：f=1.85cD式中c=340ms,D=200×103×320×103=0.25mo代入上式后可求出h=1.85×340/0.25=2516Hzo8.2.3气流对阻性消声器性能的影响前面介绍的消声量计算公式，是在忽略空气存在的前提下导出的，但消声器在气流中工作，气流的存在影响消声器的消声性能，所以一个消声器在现场使用的实际消声效果，必须考虑气流对消声性能的影响。8.2.3.1气流对声传播规律的影响气流对声传播规律的影响可具体归结到单位长度消声量（即式（8.4）中的消声系数（a0）的变化上。理论分析给出如下的近似公式：(8.10)1518. 12 气流与声传播同向时的折射 生 图8. 13 气流与声传播逆向时的折射 噪o,(a0)=o(a0)式中o'（a0）一有气流时的消声系数；o（a0）一无气流时的消声系数；M-马赫数，即消声器内流速与声速之比。根据理论分析。'（）主要与1'（1+M）2有关，气流对消声器性能的影响与流速有关，与气流方向也有关。当流速高时，M值越大，对消声性能影响越大。当气流方向与声传播方向一致（如装在风机的排气管道上的消声器），M为正值，其中的消声系数。（a°）将变小；当气流方向与声传播方向逆向时（如装在风机进气管道上的消声器），M为负值，消声系数o'（a0）将变大。这就是说，顺流与逆流相比较，逆流较有利。但是，工业上的输气管道，气流速度不会太高，即使当流速w=3040m'S时，M=0.1,对整个消声器的消声性能影响不大，一般可忽略不计。另外，气流速度会引起声传播折射，消声器在排气管道与进气管道表现不同。在排气管中，气流方向与声传播方向相同，如图8.12所示，管道中央声波传播速度高，在侧壁声速低。根据声折射原理，声射线向管壁方向弯曲，由于周壁衬贴吸声材料，能更好地吸收声能。在进气管道中，气流方向与声传播方向相反，见图8.13所示，导致在管道中央声速低，在周壁声速高，根据折射原理，声射线向管道中央弯曲，对直管阻性消声器的消声作用不利。综上所述，消声器安装在排气管和进气管道上，各有利弊。由于工业输气管道中的气流速度不高，气流对声传播规律的影响都不大。声相当于在原有噪声上又叠加一种新的噪声。分析气流再生噪声的产生机理，大致有两个方面：一是（重要原因）消声器的部件不可能制作得非常平滑，有时为了增加消声效果，将消声器做成弯折、截面突变或设置障碍物，致使气流在前进中产生湍流；二是消声器的构件如薄板、空腔管壁等在气流冲击下发生振动而辐射噪声，有时还可能发生系统共振，辐射出很强的再生噪声。消声器总有气流的影响存在，其噪声应为声源噪声和气流再生噪声的费加，因此消声器的效果受到气流再生噪声的影响。所以，消声器的设计不应使气流的流速过高，否则不仅消声的声学性能受到即响，而且空气动力性能也会变差。一般来讲，对于空调消声器，流速不宜超过Iom/S：对于压缩机和鼓风机消声器，流速不应超过2030ms;对于内燃机、凿岩机消声器，流速应选在30-50m/s；对于大流量排气放空消声器，流速可选50-80mSo8.2.4阻性消声器的设计原则8.2.4.1确定消声量根据环境保护和劳动卫生标准，适当考虑设备的具体条件，合理确定实际所需要的消声量。对于各频带所需的消声量，可参考相应的NR曲线来确定（见图4.3所示）o8.2.4.2合理选择消声器的结构形式首先根据气流流量和消声器所控制的流速（平均流速）计算所需的通流截面，以此来选择消声器的形式。8.2.4.3正确选择吸声材料正确选择吸声材料是决定阻性消声器消声性能的主要因素。除考虑材料的声学性能外，还要考虑消声器的实际使用条件，在高温、潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中，应考虑吸声材料的耐热、防潮、抗腐蚀性能。有关吸声材料的声学性能可参见第6.1节。8.2.4.4确定消声器的长度应根据噪声源的强度和降噪现场要求来决定消声器的长度。增加消声器长度可提高消声量，但应注意现场空间允许的安装尺寸，一般为1-38.2.4.5合理选择消声材料的护面结构阻性消声器中的吸声材料在气流中工作，必须用护面结构固定。护面结构形式主要由消声器通道内的流速决定，见表8.3所示。表8.3各种流速下吸声护面形式8.3抗性消声器抗性消声器主要利用声抗的大小消声，不使用吸声材料，利用管道截面的突变或旁接共振腔使管道系统的阻抗失配，产生声波反射、干涉现象，从而降低由消声器向外辐射的声能，达到消声目的。常用的有扩张消声器和共振腔消声器两大类。气度er(>fi*<a>ur1-2S-jn.一8.3.1扩张性的消声器扩张性的消声器如图8.14所示，由管和室组成。图8.14单扩张室的消声器结构及消声特性示意图8.3.1.1消声原理当声波波长远大于消声器各部分尺寸时，管子内的空气柱像活塞一样运动。不同的管子和扩张室组合，相当于不同声质量和声顺的组合。适当的组合就可以阻止某些频率的噪声通过消声器，从而达到消声目的。8.3.1.2扩张空消声量的计算图8.14中，在截面为S1的管道中插入一段长度为I、截面为S2的管道(扩张室)，即构成最简单的单节扩张室消声器。根据管道传播理论，声波通过扩张室时，其声强透射系数为：4kT14cos2(kl)+(s2s1+s1s2)2sin2(kl)-I1式中k为波数，k=2m入，入为声波波长；L和U分别为通过扩张室前后的声强。今定义扩张比m=s2s1,上式可改写为：=cos2(kl)+(m+)2sin2(kl)li4m=I+-L(m-)2sin2(kl)1m于是，消声量(声压级差或声强级差)为：AL=L1-L2=IO1g/L-IOIgL=101gjlIe4，(8.ll)=101gI+-L(m-L)2sin2(kl)可以看出，管道截面收缩m倍或扩张m倍，其消声作用是相同的，在实用中为了减少对气流的阻力，常用扩张管。扩张室消声器的消声量与sin(kl)有关，所以消声量随频率作周期性变化，为设计方便，将式(8.II)的计算结果绘成图8.15,消声量AL与扩张比m可由图中曲线表示。r*tt图8.I5单节扩张室消声器的消声后由式(8.II)可以看出，当sin2(kl)=I时，有最大的消声量；当sin2(kl)=0时，消声量等于0,即不起消声作用，现分别讨论如下：当kl=(2n+I)子时，即I=(2n+I)时(n=0,I,2,3,),sin2(kl)=I,扩张室消声量达最大值，此时式(8.II)可写成：ALmaX= IOlgLl + ；(m-±)2(8.12)m由上式可以看出，单节扩张室消声器要取得显著的消声效果，必须选取足够大的扩张比，通常m大于I。当m大于5时，可近似地取：ALmax=201g=201gm-6(8.13)由kl=(2n+I)等时，消声量最大，可以导出消声量达最大值时的相应频率：(8.14)fmax=(2n+I)±当kl=nm,即l=n-。时（n=0,I,2,），sin2（kl）=0,消声量AL=0,表明声波可以无衰减地通过消声%,这是单节扩张室消声器的主要缺点所在。此时，对应的频率称为消声器的通过频率：L=i-c（8.15）为了消除某一频率的噪声，可适当选择扩张室的长度，使消声器在该频率上有最大消声量。8. 3.I.3扩张室消声器的截止频率扩张室消声器的消声量随扩张比m的增大而增加。当m增大到一定数值后，波长很短的高频声波以窄束形式从扩张室中央穿过，使扩张室不能充分发挥作用，从而使消声量急剧下降。扩张室有效消声的上限截止频率为：f上=1.22方（8.16）式中c一声速（ms）；D扩张室截面当量直径（m）o截面为圆形时，D为直径；截而为方形时，D为边长；截面为矩形时，D为截面积的平方根。显然，扩张室截面积越大，九越小，其消声频率范围越窄。扩张室消声器的消声频率范围，还存在下限截止频率。在低频范围内，当声波波长远大于扩张室或连接管的长度时，扩张室和连接管可以看做是一个集中声学元件构成的声振系统，当外来声波在系统的共振频率fl,附近时，消声器不但不消声，反会将声音放大。只有在大于f卜的频率范围，消声器才有消声作用，所以扩张室消声器的下限截止频率应为：”之痣t8l7i式中Sl一连接管的截面积（m2）；V一扩张室的体积（m3）；L一连接管的长度（m）:c一声速（ms）。8.3.I.4改善消声频率特性的方法单节扩张室消声器的主要缺点是存在许多通过频率，在通过频率处的消声量为0,即声波会无衰减地通过消声器而达不到消声的目的。解决办法通常有两种：一是在扩张室内插入内接管：二是将多节扩张室串联。利用内接管的方法将扩张的入口管和出口管分别插入扩张室内，如图8.16(a)所示。由理论分析可知，当插入管长度等于白寸，可消除式(8.15)中n为奇数的通过频率。当插入管长度等于时，可消除式(8.15)中n为偶数的通过频率。将二者结合，则可得到较为理想的消声效果，如图8.16(b)中的虚线所示。()(»)图8.16带插入管的扩张室消声器及消声频率特性(a)带插入管的扩张型消声器：(b)插入管消声的作用将多节扩张室消声器串联，使各节扩J1_|LJL张室的长度为不同数值，可使其通过频率1Llrl厂互相错开，如图8.17所示。如使一行的通过频率恰好是前一节的最大消声频率，图8.17多节扩张室串联消声器这样的多节串联就可以改善整个消声频率特性，同时也使总的消声量提高。但由于各节之间有耦合现象，总的消声量并不等于各节扩张室消声量的算术和。8.3.1.5扩张空消声器的设计程序(1)根据噪声源的频谱特性，合理分布最大消声频率，以此确定各节扩张室及其插入管的长度。如果噪声源特性中某一频率的声压级特别高，可考虑用同样长的扩张室。插入管的长度一般按1/4或1/2倍腔长设计。(2)根据需要的消声量和气流速度，确定扩张比m,设计扩张室各部分截面尺寸。在允许范围内，尽量选用较大的扩张比。一般情况下，取9<m<16;通道直径小时，可取m516,但不宜大于20；通道直径较大时，可取m<9,但不应小于5o(3)验算所设计扩张室消声器的上、下限截止频率是否在所需要的频率范围以外，否则参考有关要求重新修改设计方案。(4)验算气流对消声量的影响，在给定的气流速度下，消声量是否能满足要求，否则应重新设计。例8.2试设计一单节扩张室消声器，要求在125HZ时有最大消声量15dB,设进气口管径为150mm,管长3m,管内气流温度为常温。解】扩张室的最大消声频率分布在125Hz,则扩张室的长度（当n=0时）为:_ MO4/3 -4 X 125=0.68( m)根据要求的15CIB消声量，查图8.15可近似确定扩张比m=13o又因为:所以D=T=7TxO.15=0.54(m)验算截止频率：fl=1.22-=1.22x-=768(Hz)IiOM由已知条件知进气管长3m,设接入的消声器另一端也带有Im长度的15Omm的尾管，则有：I1=3+1=4(m)扩张室容积：V=(S2-sJI(0.23-0.0177)×0.68=0.144(m3)L.=工件=340=13(Hz)V1TX3.1410144x4消声频率fmax=125Hz,在ft和fl.之间，符合要求。其结构尺寸如图8.18所示。图8.18 扩张室消声器计算实例 流图8. 19 共振腔消声器通道的管壁上开一些小孔，与管外闭合的空腔相通，就构成共振腔消声器，如图8.19所示。实际上它是共振吸声结构在排气管道消声中的具体应用。其消声原理是：小孔孔颈中的空气柱和空腔构成共振系统。在共振频率下，空气柱振动速度很大，同时克服摩擦阻力消耗的声能也最大，因此在共振频率附近，这种消声器有较大的消声量。振系统。该系统的固有频率j为J作为一种模型，可取一个小孔及它占有的那部分空腔，如图8.20所示的共式中C一声速（ms）:V一空腔体积（m3）；图8.20唯腔共振消声器G-传导率（m）,定义为小孔孔颈的截面积与孔颈的有效长度之比，即：式中S。一孔颈截而积（m?）,s0=-Lmd2：1。一孔颈深（m）；d一小孔直径（m）。共振腔消声器可以看做是许多这样的模型组合。当管道壁上各小孔的孔心距大于孔径的5倍时，各孔间的声辐射互不干涉。消声器的共振频率和模型的共振频率有相同的计算公式，但传导率G应为模型传导率的n倍（n为开孔个数）。理论分析得出消声器对频率为/的纯音消声量AL计算公式为：AL=101g1+（8.20）L4S2（/.-L/i式中S-气流通道的截面积（m?）:v一空腔体积（m3）；0一共振频率。G一传导率，由式（8.19）得，G=,式中I0为气流通道管壁厚Lr（4度。实际噪声一般都有较宽的频带，所以人们感兴趣的不是纯音的消声量，而是某频带内的消声量。工程中常要计算倍频程或1/3倍频程带的消声量，计算公式如下：对倍频程对1/3倍频程AL= 101g( 1 + 2k2)(8.21 )(8.22)(8. 23)AL=101g(1+20k2)k=u725共振腔消声器的消声量主要由和G控制，因气流管道的截面积V一般总是给定了的。设计这类消声器，通常先确定一些量，如管壁的厚度S0(一般取25mm),小孔的孔径(一般取315mm)等。根据所需消声频率及消声量，确定7值，即确定和G0但共振器的尺寸应控制在共振波长的1/3以下。共振腔消声器的上限失效频率可用八=1.22cD计算。式中C为声速(ms)；D为共振器的直径(m)o(例8.31如图8.19所示共振腔消声器，试计算该消声器的消声量最大频率，并估计频率为IooHZ处的消声量、倍频程消声量和上限截止频率。设已知内壁管壁厚2mm,开孔50个，每个孔直径均为6mm,扩张室直径为40cm,通风管道直径为10cm。(解、50Xx(包臂)2"÷O.*0.00208-“006=°I'"m)g=4()2-(V)21×0.4=0.047(m3)因此f0=A=40OJ99=in3(Hz)2rrfG6.260.047在IooHZ处的消声量为：A1=101g1+971L4S,(o-o),J=101g1+?I.XP.71=29.2(dB)L4X6.17XH>,(1(X)I5-111.VI(Xi)2J倍频程消声量为：A1=101g(1+272)=101g(1+2G4V2)=101g(1+?X。99XOOy)=18.9(dB)V4×617×Qa/上限截止频率为：fl=1.22J-=1.22X3=1037(Hz)l>n48.4消声器的应用图8.21 D型罗茨鼓风机消声器结构图8.22 中小型卡车上的消声器L 2, 3. 4 T张室腔：5, 6、7 一小孔区8.4.1阻性消声器的应用D型罗茨鼓风机配套消声器是专门为罗茨鼓风机配备的产品，由华东建筑设计研究院与上海鼓风机厂、长沙鼓风机厂共同研制成功。其结构为：D型消声器是阻性折板式消声器，采用折线形声通道，利用声波在通道内的多次反射吸收以及吸声层厚度的连续变化，可以在较宽的频带范围内具有较高的消声效果。车上的消声器，由4个扩张室组成，气流在消声器中经过2个180。的弯折后排出，如图8.22所示。该消声器消声值在30dB(A)左右，功率损失在4%左右。8.4.3阻性-共振腔复合型消声器的应用图8.23所示为LG25/16-40/7型螺杆压缩机上的消声器，是阻性与共振腔图8.23阻性-共振腔消声器复合的消声器。阻性部分以泡沫塑料为吸声材料粘贴在消声器通道的四壁上，用于清除该压缩机的中、高频噪声成分；抗性部分由具有不同消声频率的3对共振腔串联组成，设置在通道中间，用以消除350HZ以下的低频噪声成分。在共188图8.24 阻.共式消声器消声性能振腔前、后两端各有一个用泡沫塑料制成的尖劈，用以吸收高频声和改善消声器的空气动力性能，提高消声效果。消声器有效长度为1.2m,外径为640mmo图8.24所示为消声器安装在螺杆压缩机上时，用插入损失法测得的消声性能。在低、中、高频的宽广范围上都有较好的消声效果。8.4.4阻抗复合消声器的应用LGA.40/3500型风机进、出气口上的消声器如图8.25所示，这种消声器由阻性和抗性两部分消声器组成。抗性消声部分由图8.25 阻抗复合式消声器1 -阻性：2扩张室：3一共振腔两节不同长度的扩张室组成，主要用于消除该风机的低、中频噪声。第一节扩张室长1100mm,扩张比m=6.25：第二节扩张室长400mm,扩张比m=6.25°在每个扩张室内分别插入等于它们各自长度的1/2和1/4的插入管以消除通过频率：为了减少对气流的阻力，改善空气动力性能，用穿孔率为30%的穿孔管将插入管连接起来，这样的两节扩张室串联，在低、中频部分有10-2OdB的消声量。阻性部分就附在扩张室的插入管上，而未单独设计阻性段，这样既不增加消声器的长度又不影响扩张室插入管的作用。在四节插入管上全部衬贴容积密度为25kgr3的超细玻璃棉吸声层，共长1125mm。衬贴方法是在插入管上开直径6mm的小孔，孔心距11mm,正方形均匀分布，然后贴一层玻璃棉，最好填充50mm厚的玻璃丝棉做吸声层。阻性部分主要用于消除中、高频噪声，约有20dB的消声量。表8.4所示为消声器在实验台上的测试结果，分别测试消声器的静态和动态消声性能。静态实验时，只用白噪声源，不存在气流的影响：动态实验是指送气流后的消声性能。表8.4消声器实验结果噪声级AC631125频谱（HZ）2505001000200040008000响度降低(%)88阻力损失(Pa)白噪声(ms)343112!263036.539.538.538.538.5白噪声+气流(20ms)770202628.5414439367798白噪声+气流(40ms)2356°15.519.52326541393976235白噪声+气流（60ms）9.52O973182230265735实验结果表明，该消声器的静态消声值达34dB(A),响度降低88%,消声性能良好，动态消声值随气流速度的增高而降低。在风机正常使用下的20ms气流速度下，消声量仍有