第八章消声器

二、优缺点
优点：构造简单，消声频带宽，耐高温，不怕油雾、粉尘的侵蚀； 缺点：不易加工，工时多，成本高；
二、抗性消声器的优缺点
优点：结构简单，易于维护，对低频消声效果好，性能稳定。 缺点：消声频带窄，对中高频消声效果不好。
三、抗性消声器的消声原理
（1）消声原理：
1. 扩张室消声器：
Lp 10 lg[1 0.25(m 2f k c S2 m S1 2 1 2 2 ) sin kl] m
当
f f 0 时，共振，消声量达
到最大 b. 多孔共鸣型消声器：
3.干涉消声器
4、微穿孔板消声器
声波衰减主要依赖于微孔中摩擦
一、特性 (见下图)
(1)孔小，d≤1mm,声阻大，吸声系数大； (2)穿孔率(1%～3%)底，(一般穿孔板的穿孔率20%～25 )，吸声频带增宽； (3)板薄，δ =1mm,易与孔中空气柱共振； (4)板后空腔深度能控制吸声峰的位置，空腔愈深，共振频率愈低。
(4)正弦波消声器
Lp 大， 阻力相对小。
5.室式消声器，
声波进入室内多次反射，断面多次变化
Lp大， 阻力大。
适于低速进排风系统消声，通风动力大的条件下。
6. 蜂窝状消声器
每个蜂窝尺寸以小于等于300×300mm为宜。
阻性消声器的设计方法及步骤
1.确定各频带的 Lp ； 2.确定 f 上 、f 下；
式中：
sin kl 1时， Lp最大 sin kl 0时， Lp最小
由上述计算公式联立可知：
Lp 的大小除与
f 有关外，还与 L 有关：

的奇数倍时， Lp 有最大值；
当 L

4 4 L 当 的偶数倍时， Lp =0； 2
或 L
所以，它只能对某些 f 消声，而对另一些 f 的声音不消声， 由(1)式作出的 Lp 在特性图中查找。
ⅴ.消声器示意图：见图10-2-6。
抗性消声器
一、分类 1.扩张室消声器 a. 横断面突变消声器 c. 单室内接管扩张室消声器 b. 单室扩张室消声器 d. 双室内接管扩张室消声器
2. 共鸣型消声器 a. 单孔共鸣型消声器：
pi
-------入射波声压；
pr -------反射波声压
pb
pt
-------共振腔声波声压； -------透射波声压
温度对声速的影响
c=331.3+(0.606t)m/s (t=摄氏气温)
消声器的评价指标
• 消声量 • 消声频率范围 • 阻力损失（功率损失）
消声量
评价排气消声器的消声量常用指标有插入损失IL和传 递损失TL两项
IL Lp1 Lp 2
式中 p1, p2 为安装消声器前后在某测点测得的声压。 由于插入损失易于现场测量，非常实用，被GB4759--84
第八章 消声器
1
2 3 4 5 6
简介
消声器的评价指标
阻性消声器
抗性消声器
阻抗复合式消声器 消声器的设计
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排气噪声声源
空气动力噪声
这股气流是稳定的 空气动力噪声取决于排气管道的直径,排气系统的结构 低转速时，是主要成份 冲击噪声 排气管道中不稳定的气流会对管道产生冲击，从而形成冲击噪声。 比如，排气多支管弯曲段的弧度太小，发动机出来的气流会对它产生强烈的冲击， 从而发出“砰、砰”的冲击噪声。 在管道截面积突然变化的时候，也会产生冲击噪声
可得出确定吸声材料厚度D的公式，由表中可知， f下限=500HZ,则： D=c/(12* f下限)=344/(12*500)=57mm，取60mm。 ⅱ. 选吸声材料 选超细玻璃棉，其吸声系数列入第4行。
ⅲ.计算消声长度Ｌ
选用比较常见的经验公式计算，
Lpi Li P 1.3 0 0 S
S
管内风量：Q=1200m3/h
解:
(1) 求需要降低的声压级 ⅰ.空压机频谱列入下表第一行; ⅱ.选定消声器的类型： 暂时选直管式消声器(因为D＜300mm)，其直径为d：
d 1.85
c 344 1.85 0.159m f上 4000
因为空压机排风管d=150mm,而算出来的d为159mm,(选用直径越小，对 应的上限频率越大)，所以消声器的直径可取d=150mm。
消声频率范围
仅知道消声器的总消声量是不够的，还必须了解消声 器的频率特性，即在各频率或频带上的消声量。一般以倍 频程和1/3倍频程来表示消声器的频率特性，进行较深入的
分析时也可用窄带谱来表示。消声频率范围就是指消声量
显著的频率或频带，这方面没有统一的定量评价指标，一 般要求所消声的有效频带越宽越好，人敏感的频率范围应 有足够的消声量，声源辐射噪声大的频段应有较大的消声 量。
阻力损失（功率损失）
为了考查排气消声器对内燃机性能的影响，通常采用功率
损失比来评价。消声器的功率损失比Rn是内燃机在标定工况下 不使用消声器与使用消声器时的相对功率损失百分比的百分比， 即
Ne1 Ne2 Rn 100% Ne2
在测量消声器功率损失比时，应遵照有关内燃机台架试验
方法的标准规定进行。此外应注意在装换消声器前后尽量保证 试验环境、机器状态不发生变化，以免造成误差。一般要求功 率损失比Rn<5％。
式中， 为吸声材料无规入射时的平均吸声系数， 为 便于计算， 表中列出了
与
的关系。
1.4
其中在设计中还经常用到经验公式，即：
Lp 1.3 0
0 —— 正入射吸声系数；
L
—— 消声器的长度，m；
P L S
S —— 消声器的断面积，m2；
P
—— 消声器的周长，m；
二、 高频失效频率以上消声量的估算 上限失效频率 f上 可用下列经验公式计算：
d 2
4 P0 d 0.47m f 500Hz时，Lp 7 dB P0 L500 7 / 1.3 0.68 0.3m A
0.018m 2
依次算出L1000
、L2000、
L4000，列入表第5行，取L=0.70m
ⅳ.计算消声器上限截止频率f上限
f上限＝1.85c/d=1.85*3.44/0.15=4243Hz f上限＞4000Hz，合乎要求。
500mm＜Ф ,则要用折板式、蜂窝状消声器
7.蜂窝个数的确定
n
S 1 d 2 4
8.选吸声材料 9. 计算消声器的长度Li
Li
Lpi P 1.3 0 S
多通道的仍按单通道的计算。 10.选护面
例：
某工厂一空压机，从直径d=150mm的管道中辐射出的噪声频谱 见下页表，试设计一台消声器，使声压级辐射出的机器噪声符 合N85曲线。
消声器的分类
主要是利用吸声材料增大声阻消声器， 阻性消声器
具有良好的中、高频消声效果，目前应
用最广。 利用管道截面突变、旁支管和共振腔等
抗性消声器
造成声传播时阻抗失配（主要是声抗）， 从而达到消声的目的。中、低频消声效 果好，汽车拖拉机中应用普遍。
阻抗复合式消声器
兼容以上两者的特点，消声频带宽
阻性消声器
倍频程中心频率（Hz）
序 号
项目名称
说明
125 空压机频谱
250
500
1000
2000
4000 实测
1
80
92
96
101
105
93
2
噪声允许标准 （N85）曲线 需要降低的噪声 量（dB） 吸声材料吸声系 数
97
93
89
85
83
80
在N曲线上查得
3
0
0
7
16
22
13
4
0.06
0.16
0.68
0.98
W1 TL 10lg Lw1 Lw 2 W2
式中，W1和W2为消声器入口和出口的声功率；Lw1、Lw2 为入口和出口的声功率级。
传递损失的特点是仅反映消声器本身的传递特性，而不 受声源管道系统和消声器出口端尾管的影响，即与声源、消 声器出口端阻抗无关。因此传递损失和插入损失在数值上略 有差异。 一般不直接测量声功率级，而是通过声压级的测量，然 后再计算出传递损失。如何在消声器入口和出口处开孔，由 开孔处测得的声压级近似地计算出声功率级。
式中 R`—高于失效频率的某倍频带消声量， dB；
R—失效频率处的消声量， dB； N—高于失效频率的倍频程频带数。
下限截止频率
当频率太低时，吸声能力也会显著下降，材料的 小，当 下降到 0.5时，与其对应的频率称为 f下限 .：
f 下限
c 12 D
c ——声速，344m/s
D ——吸声材料厚度,（m）
不同的阻性消声器的特性及应用条件 (1)管式消声器 结构简单、阻力小，但允许通过的风量小 Q Q 由于管内风速v， v S 1 2 4 v可在15～25m/s范围内选取，Q已知，用上式可求出Ф
Ф ＜300mm 时，可用管式；
300mm＜Ф ＜500mm,可在管内加消声芯子； 500mm＜Ф ,则要用折板式、蜂窝状消声器
(2)片式消声器
流量大需要Ф 大，即断面大时，可选用片式消声器 片间距一般≤250mm，片的宽度可任取。
片间距愈小，声波与吸声材料接触的机会愈多，愈大
间距不变，增加片数，可增大过风断面，增加过风量
(3)折板式消声器，如下图所示
Lp 大， 阻力也大， 为了降低阻力，使1、2、3、4、5、6、7点在一直线上即可。
阻性消声器消声量的计算
一、 声波在阻性管道中的声衰减量计算 A.N别洛夫由一维理论推导出阻性直管消声器的声衰减量为
(0 )与0的关系
可见， 阻性直管消声器的消声量与吸声材料的声学性能、 气流通道周长、 气流通道截面面积以及管道长度等因素有关。 增加 L/S 可提高消声量， 对同样大小截面的管道，L/S比值以 长方形为最大， 方形次之， 圆形最小。
辐射噪声 机械振动 稳定的空气气流。这种稳定的气流会对薄板结构施加稳定脉动力 不稳定气流，当管道中的气流速度非常高的时候，在管壁附近就会形成紊流 辐射噪声的大小取决于这些板结构的几何尺寸、结构形状、刚度等。
辐射噪声的频率与薄板结构振动的频率是一致的
解决途径 减少激励 改变结构的特征，如质量、刚度和阻尼等
f 上 1.85 c D
式中 c--声速，m/s ； D--消声器气流通道的当量直径、m， 其中圆形管道取直 径， 矩形管道
D=1.13 a ；a、b 分别为长和宽。 b
当频率高于失效频率时， 每增高一个倍频程， 其消声
量比失效频率处的消声量降低1/3， 具体可用下式估算
3 N R R 3
已知 f，算出 (
c )，并已知道 l， m ,即可查出 Lp f
扩张式消声器的消声特性
例如：
一腔长 l 17 cm ，膨胀比 m 15 的单腔消声器对500频率声音的 2fl 2 3.14 500 0.17 透射损失，先算出 kl 1.55 然后在特性曲线的坐标处作垂直线交 m 15 的曲线，从交点 引水平线交于左边纵坐标上17.5dB, 即为该消声器对该频率的透射率。 可见，当腔长一定时，该消声器只消除一种频率的声音，为了 同时消除几个频率的声音,需用不同长度的消声器串联。 下页图中所示的是采用内插管的办法来消除不消声的通过频率， 在扩张室进口和出口处分别插入长为l/2和l/4的两根小管，使向前传 播的声波遇到管子不同界面与反射的声波相差1800的相位，二者振幅 相等,相位相反，相互干涉，达到消声的目的。
《内燃机排气消声器测量方法》规定作为消声器评价指标。在 测量插入损失时需注意本底噪声的影响，同时应在未装消声器 时，在排气管口加装一段与消声器等长的空管，以保证在安装 消声器前后测点不变时测距也不变。
传递损失TL定义为消声器入口和出口处的声功率之差，它 反映了消声器入口的入射声能与出口的透射声能之比
.093
0.90
5
消声器长度
0.30
0.48
0.70
0.43
管内风速
v
1200 3600 1 0.152 4
19m / s
因为v＜20～25m/s，对 Lp 无影响，所以暂选消声器合适。 (2)确定消声器的其他尺寸
ⅰ.吸声材料的厚度D
由消声器的下限截止频率
f下限
c 12 D
阻性消声器的类型
阻性消声器按气流通道几何形状不同， 除直管式消声器外， 还有片式、 折板式、 迷宫式、 蜂窝式、 声流式、 盘式、 弯头式、 百叶式消声器 （消 声百叶） 等， 结构示意如图
（ a） 直管式； （ b） 片式； （c ） 折板式； （d ） 迷宫式； （ e）
蜂窝式；（ f） 声流式； （ g） 盘式； （ h） 消声弯头
3.根据 f 定消声器单个通道的直径d
d 1.85
c f 上限
4.根据 f 下确定吸声材料的厚度 c D 12 f下限 5.根据需要处理量和选定的风速确定消声器的净过风断面 S
S Q v
m2
6.选定阻性消声器的类型：
若风机管道D≤d(由Step3算出的)，则可选用圆管式消声器；
Ф ＜300mm 时，可用管式； 300mm＜Ф ＜500mm,可在管内加消声芯子；