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复合型消声器工作原理及特点
- 2018-12-26-

种类概述

消声器种类很多,但究其消声机理,又可以把它分为六种主要的类型,即阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、小孔消声器和有源消声器。

阻抗式

现有的消声器,大多采用阻抗复合型消声原理。由于结构复杂、重量大、高温氧化吸声填料,高速气流冲击吸声填料,水气渗透吸声填料等原因,消声器很容易出现维修频繁、消声效果差,使用周期短等情况。

而这历来是消音器的设计难点,微穿孔消声器则综合了最合理的消声原理所设计解决了上述问题,取得了良好效果。微穿孔消声器消声器不使用任何阻性吸声填料,采用微穿小孔多空腔结构,高压气流在消声器内经多次控流进入空腔体,逐级改变原气流的声频。阻力损失小,消声频带宽,工作时不起尘。不怕油雾、水气。耐高温、耐高速气流冲击。使环境噪声符合国家《工业企业噪声卫生标准》。 广泛用于石油、化工、冶金、纺织等行业。

阻性式

主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列,就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时,一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉,使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路,吸声材料类似于电阻。因此,人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果好、对低频消声效果较差。

抗性式

是由突变界面的管和室组合而成的,好像是一个声学滤波器,与电学滤波器相似,每一 个带管的小室是滤波器的一个网孔,管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻,称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容,称为声顺。与电学滤波器类似,每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时,只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口,而另外一些频率的声波则不可能通过网孔.只能在小室中来回反射,因此,我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进行组合.就可以滤掉某些频率成分的噪声,从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。

把阻性结构和抗性结构按照一定的方式组合起来,就构成了阻抗复合式消声器。

微穿孔板式

一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板制作,在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿孔,穿孔率为1%一5%。选择不同的穿孔率和板厚不同的腔深,就可以控制消声器的频谱性能,使其在需要的频率范围内获得良好的消声效果。

小孔式

小孔消声器的结构是一根末端封闭的直管,管壁上钻有很多小孔。小孔消声器的原理是以喷气噪声的频谱为依据的,如果保持喷口的总面积不变而用很多小喷口来代替,当气流经过小孔时、喷气噪声的频谱就会移向高频或超高频,使频谱中的可听声成分明显降低,从而减少对人的干扰和伤害。

有源式

基本原理是在原来的声场中,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,使其在一定范围内与原来的声场相抵消。这种消声器是一套仪器装置,主要由传声器、放大器、相移装置、功率放大器和扬声器等组成。

原理

一、微孔板吸声结构的理论

在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔,穿孔率为1~5%,

后部留有一定的厚度(5-20cm)空气层,该层不填任何吸声材料 ,这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量,高声阻的共振吸声结构,其研究表明,表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度,主要由微穿孔板的声质量m和声阻r来决定,而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z(以空气的特性阻抗ρC为单位)用式(1)计算:

Z=r+jwm=jctg(WD/C)(1)

公式中:

ρ--空气密度(kg/cm3);

C--空气中声速(m/s);

D--腔深(mm);

m--相对声质量;

r--相对声阻;

w--角频率,W=2πf(f为频率);

而r和m分别由式(2)(3)表达:

r=atkr/dzp(2)

m=(0.294)×10-3tkm/p(3)

式中:

t--板厚(毫米)

d--孔径(毫米)

p--穿孔率(%)

kr--声阻系数kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--声质量系数km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=abf,a和b为常数,对于绝热板a=0.147,b=0.32;对于导热板a=0.235,b=0.21。声吸收的角频带宽度,近似地由r/m决定,此值越大,吸声的频带越宽。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)

式中l--常数,对于金属板l=1140,而隔热板l=500。上式也可以用式(5)表达:

r/m=50f((kr/km)/x2)(5)

而kr/km的近似计算式为:

kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6)

利用以上各式就可以从要求的r、m、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀,基声阻r值比普通穿孔板大得多,而声质量m又很小,故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多,一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6~10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。

共振时的最大吸声系数α0为α0=4r/(1+r)2(7)

具体设计微穿孔板吸声结构时,可通过计算,也可查图表,计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度,往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。

微穿孔板理论在抗喷阻消声器设计中的应用:

利用微穿孔板声学结构设计制造的消声器种类很多,主要型为抗喷阻型消声器。该型式消声器是用不锈钢穿孔薄板制成,因该九台消声器是用于石化单位,空气腐蚀性比较大,故穿孔板后的空气层内填装的吸声材料为耐腐蚀金属软丝布。利用吸声材料的阻性吸声原理,进一步达到降噪消声的作用,

其吸声系数高,吸收频带宽,压力损失小,气流再生噪声低,且易于控制。为获得宽频带高吸收效果,一般用三级微穿孔板结构。微穿孔板与外壳体之间以及微穿板之间的空腔尺寸大小按需要吸收的频带不同而异,低频腔大(150~200mm),中频小些(80~120mm),高频更小些(30~50mm),双层结构的前腔深度一般应小于后腔,前后腔深度之比不大于1:3,前部接近气流的一层微穿孔板穿孔率应高于后层,为减小轴向声传播的影响,可在微穿孔板消声器的空腔内每隔500mm左右加一块横向隔板。试验证明,微穿孔板消声器不论是低频、中频、高频消声性能实测值比理论估算值要好。且消声量与流速有关,与消声器温升无关,当流速达到70米/秒时,一般其它型式消声器已无法解决噪声问题,而微孔型消声器可承受70m/s气流速度的冲击,仍有15dBA以上的消声器。

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