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   消声器设计制造遵循的原理
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消声器设计制造遵循的原理:(技术文献)

  消声器是控制空气动力性噪声往外传播的有效设备。它可以看作是管道系统的一个组成部分,在内部做声学处理后,可以减弱噪声的产生与传播,且不影响气流通过,在空气动力性机械设备进、出口气流通道上安装一台消声器,可以使进、出口噪声消声量达到10-40db(A),相应地响度降低50%-93%,主观感觉有明显效果。
   消声器按消声原理可以分为:阻性消声器、抗性消声器、微孔消声器、阻抗性复合消声器。
   阻性消声器具有吸收中高频声,加工制造简单等特点。
   抗性消声器具有针对性强,中低频吸收效果好,不用吸声材料等特点。
   微孔消声器是一种新型消声器,该消声器具有低、中频宽带消声性能。主要用于电厂高压、高温排气放空等。
   阻抗性复合消声器具有消声频带宽等特点。主要用于声级很高、低中频宽带噪声的消声。
   评价消声器的性能有两个方面:一是消声器的空气动力性能气动性评价;二是消声器的消声性能评价。气动性能不但是评价消声器好坏的一个重要指标,也是衡量消声器是否具有实用价值的标志。选用或设计消声器时,首先要考虑到消声器压力损失必须在许可的极限范围之内,其次要满足噪声标准的要求,这两个方面缺一不可。
   阻性消声器:
   阻性消声器的种类很多,按照气流通道的几何形状可分为通道片式消声器、通道折板式消声器、双圆筒式消声器、室式(迷宫式)消声器、蜂窝状消声器、菱形消声器、正弦波形消声器及圆筒插管式消声器。阻性消声器的消声原理是利用声阻进行消声的,也就是说,在推导消声量的计算公式时,仅仅考虑声阻碍对消声的贡献,而忽略声抗的影响。在实际工程中,常常利用吸声材料来制作阻性消声器,以达到降低噪声的目的。这是由于当声波通过衬贴有多孔吸声材料的管道时,声波将激发多孔材料中无数小孔内空气分子的振动。其中一部分声能将用于克服摩擦阻力和粘滞力,而变为热能。一般的说,阻性消声器具有良好的中高频消声性能,而低频性能则较差。然而只要适当增加吸声材料的厚度、密度以及选用较低的空隙率,低中频消声性能就能大大改善,从而可以做成宽频带阻性消声器。
   抗性消声器:
   抗性消声器可以分为5种基本形式:扩张室消声器、共鸣型消声器、干涉型消声器、损耗型消声器和文氏型消声器。
   消声原理:扩张室消声器一是利用管道的截面突变,即声阻抗的变化使沿管道传播的声波向声源方向反射回去;二是利用扩张室和内插管的长度,使向前传播的波和管子不同界面反射的声波差一个180度的相位、从而使二者振幅相等、相位相反,互相干涉,达到最理想的消声效果。共鸣型消声器常用于消除管道传播的低频(350Hz以下)噪声。干涉型消声器的消声原理是将声波分成两路,在管道上装设一排通管,使管道长度为通管长度的2倍。管道长度等于要消除的声波的波长,那么通管的长度则为二分之一波长。这样声波当通过两种不同长度的途径时,在管道与通管汇合处将产生振幅相等,位移相反的2种声波,彼此互相干涉,从而降低噪声。
   微孔消声器:
   微穿孔板消声器,利用微穿孔板吸声结构可以做成微穿孔板消声器,其结构形式类似于阻性消声器。按气流通道的形状,可以做成片式、折板式、菱形式、正弦波式等不同结构形式。
   消声原理:微穿孔板消声器是建立在微穿孔板吸声结构基础上的。在小于1mm的薄金属板、胶木版、塑料板等上面穿上大量的小于1mm的微孔做成微穿孔板,并选取孔心距为孔径的5-8倍。把这种板固定在钢板前,板后留10-24mm的空腔做成微穿孔板吸声结构。对于微穿孔板消声器的消声原理,一是小的孔径能提高吸声系数,二是低的孔隙率能增加吸声频带的宽度,三是板后的深度能改善共振吸声峰的位置。
   小的孔径能提高吸声系统,这是由于声波在传播的过程中,它的能量损失依赖于空气在微孔中的摩擦损失。而摩擦损失取决于吸声结构的声阻大小,声阻越大,摩擦损失越大,声阻又与孔径的平方成反比。由于微穿孔板的孔径已减少到1mm以下,所以其声阻与一般穿孔板(几毫米至十几毫米)相比,大大地增加了,从而提高了吸声系数。
   低的孔隙率能增加吸声频带宽度,这是由于吸声频带的宽度依赖于声阻与声质量的比值。比值越大,吸声频带越宽。若能增加声阻又降低声质量,这样比值就更大了,而声质量大致只和孔隙率有关,减少孔隙率可以增加吸声频带宽度。由于微穿孔板吸声结构的孔心距与孔径的比已增大到5-8以上,即相应的孔隙率已减少到4%-15%,与一般的穿孔板(孔隙率20%-30%)相比,大大减少了。所以,吸声频带相应地加宽。
   板后的深度能控制吸声峰的位置。吸声结构有一个或几个共振频率,共振频率的高低,也就是最大吸声峰的位置,可以由相应空腔的深度来控制。深度越大,共振频率越低。在共振频率中,若穿孔板的声阻与空气中的声阻相等,入射来的声能就完全为微穿孔板吸声机构吸收,达到最大吸收,否则只部分地吸收。为了进一步提高宽频带的吸声系数。可以设计两个或多个共振频率,也就是采用双层或多层微穿孔板吸声结构。
   小孔喷注消声器:
   小孔喷注消声器的消声原理与设计,小孔消声器的消声原理是建立在减小孔径可以降低喷注噪声可听声的基础上的。在阻塞喷注条件下,改变喷口孔径,一是可以降低各倍频带计权后的声功率,二是将倍频带推向更高的人耳不敏感的范围。在孔径较小时(1-2mm)孔径减半,小孔噪声各倍频带和A声功率都减少15dB,在孔径大时(11.8-20.08mm),则减少9dB,在孔径更大时,(大于20.08mm),只减少6dB。小孔减半时,不但能够降低单位面积所发出的噪声声功率,而且能够把最高声压级的中心频带往高推向1倍频带。这样,孔径越小,占主要成分的频带会越高,当中心频带在8000Hz以上时,人耳对噪声的感觉迟钝了,从而也可以降低人耳对噪声的主观感觉,在保持流量相等的条件下,这样就可以用大量小孔代替一个大孔,它的功能不但能降低A声级,还可以消除喷注的冲击噪声。
   减压扩容消声器:
   减压扩容的原理可以从两方面来理解:一是用降低排气压力来降低阻塞喷注噪声,二是扩大容积,从降低速度来降低阻塞喷注噪声。对于阻塞喷注噪声,可以用压力和速度两种不同的形式表示。对于一定大小的喷口,当改变压力时,A声级似乎只与压力差的对数成正比。压力差P-Po减少一倍,A声级减少69dB,这样就可以根据排气压力的大小,逐步把压力减少到临界压力1.89大气压,从而达到降低噪声的目的。
   根据排气噪声的声功率与排气速度的8次方成正比的关系,在排气管道直径相同的情况下,若速度降低1倍,阻塞喷注噪声可以降低24dB,所以无论从哪一方面来理解,只要减低排放压力,或降低排气速度,都能使排气噪声降低。
 
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