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噪声的降噪防治技术工程

详细描述

噪声的降噪防治技术工程

目录

第一章 绪论 1

1.1  噪声 1

1.1.1  噪声的定义 1

1.1.2  噪声的类型 1

1.1.3  噪声的特征 1

1.1.4  噪声的危害 1

1.2 噪声控制技术 1

1.2.1噪声控制技术手段一:在声源处抑制噪声 2

1.2.2噪声控制技术手段二:在声传播途径中的控制 2

1.2.3噪声控制技术手段三:接收器的保护措施 3

1.3噪声测试技术 3

1.4对人体的影响和危害 4

第二章噪声计算 4

第三章噪声的防治技术 4

3.1吸声 4

3.1.1吸声材料 5

3.1.2多孔吸声材料 6

3.2吸声结构 8

3.2.1薄板共振吸声结构 8

3.3隔声 10

3.3.1隔声原理、隔声量与透声系数 10

3.3.2单层均匀结构的隔声性能 11

3.3.3双层结构的隔声 13

3.3.4多层复合板隔声 15

3.3.5隔声间 15

3.3.6隔声罩 18

3.3.7隔声屏 19

第四章 消声器 21

4.1 消声器分类 21

4.2 消声器性能评价 22

4.3 阻性消声器 23

4.3.1 单通道直管式阻性消声器 24

4.3.2 片式消声器 25

4.3.3 折板式、声流式、蜂窝式消声器 25

4.3.4 气流对阻性消声器声学性能的影响 26

4.3.5 气流再生噪声对消声器声学性能的影响 27

4.3.6 阻性消声器的设计 27

4.4 抗性消声器 28

4.4.1原理 28

4.4.2 扩张室消声器设计 32

4.5 共振腔消声器 33

4.5.1原理 33

第五章振动防治技术 37

5.1振动公害的特点与评价 37

5.1.1振动公害的特点 37

5.1.2振动评价 37

5.1.3隔振的测量 38

5.2振动控制的基本方法 38

5.2.1隔振技术 38

5.2.2阻尼减振技术 41

5.3 质量平衡和动力吸振器 41

5.3.1质量平衡 41

5.3.2动力吸振器 41

第六章电磁辐射污染治理技术 42

6.1电磁污染源种类 42

6.2 电磁污染的传播途径 42

6.3 防治电磁辐射的基本方法 42


第一章 绪论1.1  噪声1.1.1  噪声的定义

最早的噪声定义:出自《说文》和《玉篇》,“扰也,群呼烦扰也”; 物理学观点:噪声是指各种频率和声强杂乱无序组合的声音。心理学观点:凡是人们不需要的声音都称之为噪声。医学观点:医学上认为超过60分贝的声音是噪声。

1.1.2  噪声的类型

按噪声的影响分:过响声、妨碍声、不愉快声、无影响声。按噪声的产生机理分:机械噪声、空气动力性噪声、电磁性噪声和电声性噪声。按噪声的来源分:工业生产噪声、交通运输噪声、建筑施工和社会生活噪声。

1.1.3  噪声的特征

感觉性、局部性、暂时性、危害慢性

1.1.4  噪声的危害

危害一:噪声对听力的影响: 听力损失:国际标准化组织规定,是用500、1000、2000Hz的听力损失的平均值来表示,听力损失用听力阈级来衡量的。听力阈级:是指耳朵可以觉察到的纯音声压级。声疲劳(暂时性听力阈移)、噪声性耳聋(永久性听力阈移)、暴振性耳聋(急性噪声性耳聋)

与噪声性听力损有关的因素:噪声的强度;频率;接触时间。

听   力

情   况

正 常

基 本

正 常

轻 度

耳 聋

中 度

耳 聋

重 度

耳 聋

听力损失

dB (A)

<15

15-25

25-40

40-65

>65

 

危害二:噪声对睡眠的影响。

危害三:对人体的生理影响:可以诱发疾病。高血压、心脏病;消化系统方面的疾病;神经系统方面的疾病(失眠、疲劳、头晕、记忆力衰退、神经衰弱);伤害视觉功能;对血液成分造成影响;对儿童的智力发育造成影响。

危害四:噪声对语言交谈、通讯联络的干扰。语言清晰度:被听懂的语言单位的百分数

      噪声级<<语言声级,交谈不受影响;

      噪声级=语言声级,交谈受干扰;

      噪声级>语言声级+10dB,谈话声被掩蔽;

      噪声级>90dB,无法进行正常交谈。

危害五:特殊噪声损害仪器设备和建筑结构。

1.2 噪声控制技术

图1.2  环境噪声污染的主要环节

1.2.1噪声控制技术手段一:在声源处抑制噪声

制造低噪声设备,对高噪声产品规定噪声限值标准,工程设计和设备选型采用符合要求的低噪声设备;改进生产工艺和加工方法,降低工艺噪声;生产管理和工程质量控制中保持良好运转状态,不增加不正常噪声;工程中实际采用的高噪声设备和设施,在投入安装使用时,应当增加减振降噪或加装隔声罩等方法降低声源噪声。

1.2.2噪声控制技术手段二:在声传播途径中的控制

实现闹静分开、利用声源的指向性降低噪声、利用地形地物降噪、绿化降噪、利用声学控制手段降噪。

(1)利用声学手段降噪实例(隔声)

北京轻轨铁路两侧的声屏障

隔声窗

(2)利用声学手段降噪实例(消声)

放空消声器

(3)利用声学手段降噪实例(吸声)

1.2.3噪声控制技术手段三:接收器的保护措施

耳塞、防声棉、耳罩、头盔、隔声岗亭

耳罩、头盔

1.3噪声测试技术

1.4对人体的影响和危害

生理效应:听觉系统、心血系统、消化系统、神经系统和其他脏器的影响及危害

心理效应:烦躁

第二章噪声计算

第三章噪声的防治技术

3.1吸声

  吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。通过吸声材料和吸声结构来降低噪声的技

术称为吸声。一般情况下,吸声控制能使室内噪声降低约3~5dB(A),使噪声严重的车间降噪6~10dB(A)。

3.1.1吸声材料3.1.1.1吸声系数

  吸声材料:能吸收消耗一定声能的材料。

  吸声系数:材料吸收的声能(Eb)与入射到材料上的总声能(Ea)之比,即

表示材料吸声能力的大小,值在0~1之间,值愈大,材料的吸声性能愈好;  =0,声波完全反射,材料不吸声;  =1,声能全部被吸收。

吸声系数的影响因素:

  (1)声波频率:同种吸声材料对不同频率的声波具有不同的吸声系数。平均吸声系数:工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六个频率的吸声系数的算术平均值表示某种材料的平均吸声系数。通常,吸声材料在0.2以上,理想吸声材料在0.5以上。

(2)入射吸声系数:工程设计中常用的吸声系数有:混响室法吸声系数 (无规入射吸声系数);驻波管法吸声系数 (垂直入射吸声系数)。应用:测量材料的垂直入射吸声系数,按下表,

换算为无规入射吸声系数

混响室法吸声系数(无规入射吸声系数) :在混响室中,使不同频率的声波以相等几率从各个角度入射到材料表面,测得的吸声系数。测试较复杂,对仪器设备要求高,且数值往往偏差较大,但比较接近实际情况。在吸声减噪设计中采用。

  驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数):驻波管法简便、精确,但与一般实际声场不符。用于测试材料的声学性质和鉴定。设计消声器。

定义:吸声系数与吸声面积的乘积。                                          

  式中: A——吸声量,m2;

          ——某频率声波的吸声系数;

         S——吸声面积,m2。

   注:工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。

一般讲的吸声系数是指在混响室中测量而用赛宾混响公式算出的吸声系数。

V-混响室体积。m3;

T-混响时间,s;

A-室内总吸声量m2。

室内全空时测得吸声量A0,面积为S 的吸声材料放入后所测得的吸声量为A1

吸声系数与材料的性质有关,密度小和多孔材料吸声系数大,吸声性能好,此外与声波频率也有关。①一般吸声材料的孔隙率在70%以上。②低频率范围的吸声性能随材料厚度的增加而提高,受高频影响不明显。容重一定时 ( f-频率;D-厚度) 共振吸声系数; -为共振频率。通常把减少到时的频率称为下限频率,把频宽称为下频带宽值通常在倍频程内。③材料容重增加时,空隙率降低能改善低频吸收效果.但高频吸收效果降低。

总吸声量:若组成室内各壁面的材料不同,则壁面在某频率下的总吸声量为:

   式中:Ai—第i种材料组成的壁面的吸声量,m2

       Si—第i种材料组成的壁面的面积,m2

       —第i种材料在某频率下的吸声系数。

3.1.2多孔吸声材料  

3.1.2.1 吸声原理  

声波入射到多孔吸声材料的表面时,部分声波反射,部分声波透入材料内部微孔内,激发孔内空气与筋络发生振动,空气与筋络之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消耗;空气与筋络之间的热交换也消耗部分声能,从而达到吸声的目的。

3.1.2.2吸声特性及影响因素

特性:高频声吸收效果好,低频声吸收效果差。原因:低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少,摩擦损小,因而声能损失少,而高频声容易使振动加快,从而消耗声能较多。所以多孔吸收材料常用于高中频噪声的吸收。

3.1.2.3吸声性能的影响因素

(1) 厚度对吸声性能的影响 

同种材料,厚度增加一倍,吸声最佳频率向低频方向近似移动一个倍频程, 厚度越大,低频时吸声系数越大;>2000Hz,吸声系数与材料厚度无关;增加厚度,可提高低频声的吸收效果,对高频声效果不大。理论证明,若吸声材料层背后为刚性壁面,最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声波波长的1/4处。使用中,考虑经济及制作的方便,对于中、高频噪声,一般可采用2~5cm厚的成形吸声板;对低频吸声要求较高时,则采用厚度为5~10cm的吸声板。

(2) 孔隙率与密度

孔隙率:材料内部的孔洞体积占材料总体积的百分比。一般多孔吸声材料的孔隙率>50%;孔隙率增大,密度减小,反之密度增大;一种多孔吸声材料对应存在一个最佳吸声性能的密度范围。

讨论:密度太大或太小都会影响材料的吸声性能。若厚度不变,增大多孔吸声材料密度,可提高低中频的吸声系数,但比增大厚度所引起的变化小,且高频吸收会有所下降。

(3) 空腔对吸声性能的影响

空腔:材料层与刚性壁之间一定距离的空气层;吸声系数随腔深D(空气层)增加而增加;空腔结构节省材料,比单纯增加材料厚度更经济。多孔材料的吸声系数随空气层厚度增加而增加,但增加到一定厚度后,效果不再继续明显增加。当腔深D近似等于入射声波的1/4波长时,吸声系数最大。当腔深为1/2波长或其整倍数时,吸声系数最小。一般推荐取腔深为5~10cm。天花板上的腔深可视实际需要及空间大小选取较大的距离。

(4) 护面层对吸声性能的影响

实际使用中,为便于固定和美观,往往要对疏松材质的多孔材料作护面处理。

护面层的要求:

(a) 良好的透气性;

(b) 微穿孔护面板穿孔率应大于20%,否则会影响高频吸声效果;

(c) 透气性较好的纺织品对吸声特性几乎没有影响。

(d) 对成型多孔材料板表面粉饰时,应采用水质涂料喷涂,不宜用油漆涂刷,以防止涂料封闭孔隙。 

(5) 使用环境对吸声性能的影响

3.2吸声结构3.2.1薄板共振吸声结构

原理:声波入射引起薄板振动,薄板振动克服自身阻尼和板-框架间的摩擦力,使部分声能转化为热能而耗损。当入射声波的频率与振动系统的固有频率相同时,发生共振,薄板弯曲变形最大,振动最剧烈,声能消耗最多。

结构:

①薄板共振吸声结构

    用不透气的薄板,四周固定,并在背后留一定厚度的空气层组成,具有较强的频率选择性;一般应使吸声结构的共振频率 接近要吸收的声波频率。

             

m-单位面积板的重量,kg/m2;

D-板后空气层的厚度,cm;

可在空气层中填多孔吸声材料,改善吸声效果。通常取薄板厚度3~6mm,空气层厚度3~10mm,共振频率多在80~300Hz之间,故一般用于低频吸声;吸声频率范围窄,吸声系数不高,约为0.2~0.5。

②穿孔板共振吸声结构

具有开口的空腔

共振频率:

       C-空气中的声速,340m/s;

V-共振腔体积,m3;

G-传导率,m。

    

d-共振腔开口直径,m;

L-共振腔孔颈长度,m。 

单个共振吸声器频率选择性很强,吸声频率很窄,为了改善其频率特性,由穿孔板组合成共振吸声结构:

P-穿孔率;%

D-穿孔板后空气厚度,m;

d- 颈的有效长度,m;

当d>t(板厚)时:

LK=t+0.8d

当空腔内壁贴多孔材料时LK=t+1.2d, 由实验测得;当>0.5,吸收的频带宽度为:

-共振波长。

金属薄板,微孔结构。

③空间吸声体

吸声体悬挂,正背面吸声。悬挂面积.天花板面积的35-40%或房间内面积的20%.悬挂高度的净空高度。

改善薄板共振吸声性能的措施:

3.3隔声3.3.1隔声原理、隔声量与透声系数

  

声波在空气中传播,入射到匀质屏蔽物时,部分声能被反射,部分被吸收,还有部分声能可以透过屏蔽物。设置适当的屏敝物可阻止声能透过,降低噪声的传播。具有隔声能力的屏蔽物称作隔声构件。如隔声墙、隔声屏障、隔声罩、隔声间。采用适当的隔声措施一般能降低噪声级15dB~20dB。

3.3.1.1隔声量

定义:透射声声强(Ii)与入射入射声强(It)的比值,

3.3.1.2隔声系数

意义:表示隔声构件本身透声能力的大小。又称作传声系数或透射系数。通常所指的是无规则入射时各入射角度透声系数的平均值。

3.3.1.3插入损失(IL)

定义:离声源一定距离某处测得的隔声构件设置前、后的声功率级之差。

插入损失通常在现场用来评价隔声罩、隔声屏等构件的隔声效果。

隔声墙:板状或墙状的隔声构件。

单层隔声墙:仅有一层墙板。

双层或多层隔声墙:有两层或多层墙板,层间有空气或其它材料

3.3.2单层均匀结构的隔声性能

根据隔声频率的曲线,随频率升高分为四个区。

①劲度控制区,隔离频率很低的噪声,隔声量随频率的升高而降低;

②阻尼控制区:随频率增高质量效应增大, 阻尼大,隔声量大,在某些频率处发生共振,隔声量出现低谷;

③质量控制区: 结构的面密度( )越大, 隔声量越大;  

④吻合效应和质量控制延续区,此区的临界频率 处发生共振,隔声出现低谷。

C-声速,m/s;

  -板的厚度,m;

    m-构件的密度,kg/m2

     E-板的弹性模量 ,N/m2;

几种常用材料的密度和弹性模量

单层匀质墙的隔声量公式建立条件为:

(1)声波垂直入射到墙上;

(2)墙将空间分成两个半无限大空间,且墙的两侧均为通常状况下的空气;

(3)墙为无限大,即不考虑边界的影响;

(4)将墙视为一个质量系统,即不考虑墙的刚性、阻尼;

(5)墙上各点以相同的速度振动。

   从透声系数的定义及平面声波理论,可以导出单层墙在质量控制区的声波垂直入射时的隔声量计算公式:

—空气密度,kg/m3,常温下取1.2㎏/m3

实际:

平均隔声量

  工程估算单层墙对各频率的平均隔声量的经验公式,按主要的入射声频率100~3200Hz范围内对隔声量求平均值。下式计算值和工程实测值良好一致。

3.3.3双层结构的隔声3.3.3.1双层隔声墙的隔声原理

增加墙的厚度或面密度,可增加隔声量,但不经济,隔声效果也不理想。若将墙一分为二,中间夹一定厚度的空气层,墙的总质量不变,但隔声效果比单层实心结构好得多,经济。

双层隔声墙:两层墙体间夹一定厚度的空气层。

隔声原理:空气与墙板特性阻抗不同,当声波透过第一墙时,声波经空气与墙板两次反射衰减,且空气层的弹性和附加吸收作用增强声能衰减;声波传至第二墙,再经两次反射,透射声能再次衰减,总透射损失更大。

      在两个单层结构中间留出空气间隙,或在间隙中填充一些吸声材料,同样重量时,双层隔声量比单层大5~10分贝。同样隔声量情况下,双层重量比单层结构减少。

质量-弹簧-质量系统

共振频率:

m1、m2  -两层面密度,kg/m2

d-空气层厚度,cm;

-空气密度,kg/m3

在共振频率下隔声量几乎为零。

隔声量:

R1、R2-每层的隔声量,

M-与双层结构等重的单层结构的面密度。

(C0 =340m/s标准状态下空气中的声速)

隔声量的实际估算

工程估算双层墙隔声量的经验公式:

平均隔声量估算的经验公式:

—空气层附加隔声量

3.3.3.2双层墙的隔声特性曲线

双层隔声墙相当于一个由两层墙体与空气层组成的振动系统;

当入射声波频率比双层墙共振频率低时,双层墙板将作整体振动,此时空气层不起作用,隔声能力与同样重量的单层墙没有区别; 当入射声波达到共振频率时,隔声量出现低谷; 超过  以后,隔声曲线以每倍频程18dB的斜率急剧上升,充分显示出双层墙结构的优越性;随着频率升高,两墙板间会产生一系列驻波共振,使隔声特性曲线上升趋势转为平缓,斜率为12dB倍频;进入吻合效应区后,在临界吻合频率处又出现一隔声量低谷;双层墙的与吻合效应状况取决于两层墙的临界吻合频率。 双层墙隔声性能较单层墙优越的区域主要在共振频率   以后,故在设计中尽量将移往人们不敏感的频率区域。

3.3.4多层复合板隔声

多层复合板是由几层面密度或性质不同的板材组成的复合隔声构件。通常用金属或非金属的坚实薄板做面层,内侧覆盖阻尼材料,或填入多孔吸声材料或空气层等组成。多层复合板质轻和隔声性能良好,广泛用于多种隔声结构中,如隔声门(窗)、隔声罩、隔声间的墙体等。

3.3.5隔声间

隔声间(室):由不同隔声构件组成的具有良好隔声性能的房间。

结构:封闭式与半封闭式两种,一般多用封闭式。隔声间除需要有足够隔声量的墙体外,还需设置具有一定隔声性能的门、窗或观察孔等。

3.3.5.1组合墙平均隔声量计算   

组合墙:具有门、窗等不同隔声构件的墙板。

组合墙的透声系数:各组成部件的透声系数的平均值,称作平均透声系数

组合墙的平均隔声量:

3.3.5.2孔洞缝隙对墙板隔声的影响

  

3.3.5.3门(窗)的隔声和孔洞的处理

隔声要求很高的场合,可采用双层或多层密封门窗。在土建工程中注意砖墙灰缝的饱满,混凝土墙的沙浆捣实。隔声间的通风换气口应有消声装置。隔声间的各种管线通过墙体结构需打孔时,应在孔洞周围用柔软材料包扎封紧。

3.3.5.4隔声间降噪计算

隔墙的噪声衰减NR

定义:隔墙两边的声压级差为隔墙的噪声衰减,或称作隔墙的噪声降低量。

设发声室与受声室皆为扩散声场,则隔声间的噪声衰减NR为:

3.3.6隔声罩

将噪声源封闭在一个相对小的空间内,以减少向周围辐射噪声的罩状。

隔声罩技术简单、投资少、隔声效果好,主要用于控制机器噪声,如空压机、鼓风机、内燃机、发电机组等。兼有隔声、吸声、阻尼、隔振和通风、消声等功能有密封型与局部开敞型、固定型与活动型。根据噪声源具体要求采用适当的隔声罩形式。隔声罩上可设置观察孔,可采用对流通风或强制通风散热。隔声罩的降噪量一般在10~40dB之间。

3.3.6.1隔声罩的插入损失

定义:隔声罩设置前后,同一接收点的声压级之差。

意义:表示隔声罩的降噪效果 。一般采用上式作为工程上设计隔声罩的依据。

3.3.6.2隔声罩设计

根据现场情况进行隔声罩结构设计,首先计算隔声罩的插入损失。一般:固定密封型的插入损失可为30~40dB(A);活动密封型的为15~30db(A);局部敞开型的为10~20dB(A);带通风散热消声器的则约为15~25dB(A)。

注意点:

 (1)隔声罩应选用适当的材料和形状。

 (2)用刚性轻薄材料制作时,须在壁面上加筋,涂贴阻尼层,阻尼材料层厚度通常为罩壁的2~3倍。

 (3)罩内须进行吸声处理,表面敷设护面层。

 (4)罩内所有缝隙应密封严实,管线周围应减振。

 (5)罩体与声源设备及其机座之间不能有刚性接触,与地面间应隔振处理。

 (6)便于操作、安装与检修,需要时可做成能拆卸的拼装结构。须考虑声源设备的通风、散热要求,通风口应安装有消声器,其消声量要与隔声罩的插入损失相匹配。

3.3.7隔声屏

设置在声源与接收点之间阻断声波直接传播的挡板。

3.3.7.1隔声屏的插入损失

降噪原理:阻挡声波直接通过并将高频声反射回去,在屏障后形成的声影区内噪声明显降低。隔声屏对声影区的降噪效果通常用插入损失来衡量;隔声屏插入损失的计算方法:算图法;计算法。

(2)计算法  

设自由声场中,无限长、不透声理想隔声屏,则其插入损失为:

隔声屏的插入损失与路程差σ密切相关, σ愈大,IL愈大。故增高屏障,使之靠近声源或接收点,即增加路程差时,可提高降噪效果。屏的插入损失与入射声波长有关,波长愈长,插入损失愈低。换言之,隔声屏对高频声的降噪效果优于低频声。

隔声屏主要是遮挡直达声,用于室外防止直达声时效果明显。在混响明显的房间中隔声效果不明显,必须配合吸声措施,靠近声源的壁面宜首先进行妥善的吸声处理。

在隔声屏朝向声源一侧也往往敷贴吸声材料;在混响明显的房间,可在屏的两侧都敷贴吸声材料。防治交通噪声的隔声屏,若表面不加吸声材料,噪声则会在道路两旁的隔声屏间多次反射,形成声廊,并向屏障外辐射,使隔声屏失去应有的降噪效果。

3.3.7.2隔声屏设计要点    

(1) 隔声屏应有足够的高度,通常宽度大于高度,一般宽度为高度的1.5~2倍。

(2) 隔声屏须配合吸声处理,尤其是在混响声明显的场合如图所示。

(3) 隔声屏主要用于控制直达声。如下图所示,其结构简单,形式多样,有二边形、三边形、遮檐式等,能有效地防止噪声的发散。其中带遮檐的多边形隔声屏效果尤为明显。

(4) 隔声屏本身须有足够的隔声量,隔声量最少应比插入损失高出约10dB。

(5)在隔声要求不是太高时,可用人造革等密实的软材料护面,中间夹以多孔吸声材料制成隔声帘悬挂起来。

(6)隔声屏应适当靠近噪声源,形式有固定式或移动式,后者可装扫地橡皮,以减少漏声,多块隔声屏并排使用时,应尽量减少各块间接头处的缝隙。

第四章 消声器4.1 消声器分类 

不同消声器的消声原理是不同的,消声果也不同。

(1)阻性消声器

一种能量吸收性消声器,通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料,利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能,达到消声的目的。阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声,消声频带范围较宽,对低频噪声的消声效果较差,因此,常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。

(2)抗性消声器

利用声波的反射和干涉效应等,通过改变声波的传播特性,阻碍声波能量向外传播,主要适合于消除低、中频率的窄带噪声,对宽带高频率噪声则效果较差,因此,常用来消除如内燃机排气噪声等。

鉴于阻性消声器和抗性消声器各自的特点,因此常将它们组合成阻抗复合型消声器,以同时得到高、中、低频率范围内的消声效果,如微穿孔板消声器就是典型的阻抗复合型消声器。

4.2 消声器性能评价

消声器的性能评价主要采用三项指标,即:声学性能、空气动力性能、结构性能。

消声器声学性能

 消声器的声学性能包括消声量的大小、消声频带范围的宽窄两个方面。设计消声器的目的就是要根据噪声源的特点和频率范围,使消声器的消声频率范围满足需要,并尽可能地在要求的频带范围内获得较大的消声量。  消声器的声学性能可以用各频带内的消声量来表征。通常有四种度量方法:传声损失 、末端降噪量 、插入损失和声衰减。

传声损失:定义为消声器进口的噪声声功率级与消声器出口的噪声声功率级的差值。它是从结构的隔声性能的角度,用透射损失来反映构件的消声量,传递损失的数学表达式为:

消声器的传声损失是消声器本身所具有的特性,它受声源与环境的影响较小。实际工程测试中,由于声功率级难以直接测得,因此通常通过测量消声器前后截面的平均声压级,再按下式计算获得:

末端减噪量:也称末端声压级差,它是指消声器输入端与输出端的声压级之差。即:测量消声器进口端面的声压级 与出口端面的声压级 ,以两者之差代表消声器的消声量。

利用末端声压级之差来表示消声值的方法,不可避免地包含了反射声的影响,这种测量方法易受环境的影响而产生较大的误差,因此适合在试验台上对消声器性能进行测量分析,而现场测量则很少使用。

插入损失

根据系统之外测点的测试结果经计算获得的,实际操作中,在系统之外分别测量系统接入消声器前后的声压级,二者之差即为插入损失。

声衰减

声学系统中任意两点间声功率级之差,反映了声音沿消声器通道内的衰减特性,以每米衰减的分贝数 (dB) 表示。从而得到消声器内声压级与距离的函数关系,以求得该消声器的总消声量。声衰减量能够反映出消声器内的消声特性及衰减过程,能避免环境对测量结果的干扰。

消声器分类

不同消声器的消声原理是不同的,消声效果也不同 。消声器的消声原理是不同的,消声效果也不同 。

阻性消声器

一种能量吸收性消声器,通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料,利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能,达到消声的目的。阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声,消声频带范围较宽,对低频噪声的消声效果较差,因此,常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。

抗性消声器

利用声波的反射和干涉效应等,通过改变声波的传播特性,阻碍声波能量向外传播,主要适合于消除低、中频率的窄带噪声,对宽带高频率噪声则效果较差,因此,常用来消除如内燃机排气噪声等。

鉴于阻性消声器和抗性消声器各自的特点,因此常将它们组合成阻抗复合型消声器,以同时得到高、中、低频率范围内的消声效果,如微穿孔板消声器就是典型的阻抗复合型消声器。

空气动力性能

消声器的空气动力性能是评价消声性能好坏的另一项重要指标,它反映了消声器对气流阻力的大小。消声器的空气动力性能用阻力系数或阻力损失来表示。 阻力系数是指消声器安装前后的全压差与全压之比,对于确定的消声器,其阻力系数为定值。阻力系数的测量比较麻烦,一般只在专用设备上才能测得。

阻力损失,简称阻损,是指气流通过消声器时,在消声器出口端的流体静压比进口端降低的数值。很显然,一个消声器的阻损大小是与使用条件下的气流速度大小有密切关系的。消声器的阻损能够通过实地测量求得,也可以根据公式进行估算。阻损分两大类,一类是摩擦阻力,另一类是局部阻力。

消声器总的阻力损失,等于摩擦阻损与局部阻损之和 。

结构性能

消声器结构性能是指它的外形尺寸、坚固程度、维护要求、使用寿命等,它也是评价消声器性能的一项指标。 好的消声器除应有好的声学性能和空气动力性能之外;还应该具有体积小、重量轻、结构简单、造型美观、加工方便、同时要坚固耐用、使用寿命长、维护简单和造价便宜等特点。 评价消声器的上述三个方面的性能,既互相联系又互相制约。从消声器的消声性能考虑,当然在所需频率范围内的消声量越大越好;但是同时必须考虑空气动力性能的要求。

4.3 阻性消声器 

阻性消声器的消声原理,就是利用吸声材料的吸声作用,使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减。

把吸声材料固定在气流通过的管道周壁,或按一定方式在通道中排列起来,就构成阻性消声器。当声波进入消声器中,会引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动,由于摩擦阻力和粘滞阻力,使一部分声能转化为热能而散失掉,就起到消声的作用。阻性消声器应用范围很广,它对中高频范围的噪声具有较好的消声效果。

4.3.1 单通道直管式阻性消声器 

      单通道直管式消声器是最基本的阻性消声器,它的特点是结构简单、气流直通、阻力损失小、适用于流量小的管道消声。

 

常用的分析理论主要有一维理论和二维理论。 一维理论基于一维平面波的假设,即认为管道中传播的声波是沿着管道长度方向传播的,常用的计算公式有很多,但就其起源而言只有两个:一是别洛夫公式,二是赛宾公式,其他公式大都是从这两个公式派生出来的。

别洛夫公式的假定条件是:吸声材料的声阻远大于声抗。

别洛夫公式:

    

-消声系数;

P-通道横截面周长,m;

S-气流通道横截面积,m2;

L-通道吸声材料的长度, m。

赛宾公式 :

按上述方法计算出的消声量往往高于实际能达到的消声量,特别是当消声量较大时,两者的偏差更大。这是由于消声系数 是在特定条件下获得的,使用起来有以下几方面的问题需要注意:

① 从能量关系导出消声系数时,假定同一截面上声压或声强近似,但实际上往往不是这样。噪声在消声器管道内传播时,如果壁面吸收很厉害,则在同—截面上的声压和声能不能均匀分布,周壁的吸收作用不能充分发挥。因此,对于高吸收情况,即吸声系数较大时,利用公式 计算的消声量高于实际消声量。

② 在推导消声系数时,假定吸声材料的声阻抗率为纯阻,即声抗为 0 。实际上吸声材料的声阻抗应是复数,即消声系数应由声阻抗率的声阻与声抗两部分共同决定。由于忽略了声抗部分的影响,也会导致计算出的消声值比实际值偏高。

③ 工程实际中还有许多其它因素干扰,例如消声器通道中的气流速度、环境噪声、侧向传声等都会使现场得到的消声值比公式 计算出的消声值偏低。

消声器的通道截面不宜太大。如果太大时,高频声的消声效果显著下降。前面提到过的消声量计算公式都是在平面波的条件下推导出来的。也就是说声波在消声器中同一截面上各点声压或声强是近似相等的。如果消声

器通道截面过大,当声波频率高到一定数值时声波将以窄束状通过消声器,而很少或根本不与吸声材料饰面接触。因此,消声器的消声效果明显下 降。当声波波长小于通道截面尺寸的一半时,消声效果便开始下降,相应的频率被称作“高频失效频率”。

高频失效频率的经验估算式 :

式中 c 为声速; D为消声器通道截面边长,圆形通道的 D就是截面直径。 当频率高于失效频率以后,每增加一个倍频带,其消声量约比在失效频率处的消声量下降 1/3 。由于D的增大,高频消声效果将显著降低。为了在通道截面较大的情况下也能在中高频范围获得好的消声效果;通常采取在管道中加吸声片或设计成另外的结构形式。如果通道管径大于300毫米而小于500毫米时,可在通道中间设置几片吸声层或一个吸声圆柱;如果通道尺寸大于500 毫米 ,就要设计成弯头式、蜂窝式、片式、折板式、声流式和迷宫式等结构。

4.3.2 片式消声器

由于把通道分成若干个小通道,每个小通道截面小了,就能提高上限失效频率;同时,因为增加了吸声材料饰面表面积,则消声量也会相应增加。 设计片式消声器时,每个小通道的尺寸都相同,这样,其中一个通道的消声频率特性也就代表了整个消声器的消声特性。它的消声量可用下式计算 :

l—消声器的有效长度 m

a—气流通道的宽度(相邻两片之间的距离) m

4.3.3 折板式、声流式、蜂窝式消声器 

为了提高其高频消声性能,把直片做成折弯状,这样能增加声波在消声器内反射次数,即增加吸声层与声波的接触机会,从而提高消声效果。为了减小阻损,其折角做得小一些为好。

声流式消声器是由折板式消声器改进的,这种消声器把吸声层制成正弦波形。当声波通过时,增加反射次数,故能改善消声性能 。

蜂窝式消声器是由许多平行的小直管式消声器并联而成。但由于它是多个通道并联,而且每个通道的尺寸基本相同,即每个通道消声特性一样,因此蜂窝式消声器的消声量只算其中的一个小管即可。蜂窝式消声器的消声量可用下公式获得。

弯头消声器

迷宫式消声器

        —吸声材料的吸声系数;

    S1—吸声材料的表面积;

S2—消声器的进(出)口截面积。

4.3.4 气流对阻性消声器声学性能的影响 

气流对消声器声学性能的影响,主要表现在两个方面:一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化;二是气流在消声器内产生一种附加噪声,称为气流再生噪声。

有气流时的消声系数的近似公式如下 :

          由公式看出,气流速度大小与方向不同,导致气流对消声器性能的影响程度也不同。当流速高时,马赫数 值大,气流对消声器的消声性能的影响就越厉害;当气流方向与声

传播方向一致时,马赫数 值为正,上式中的消声系数将变小;当气流方向与声传播方向相反时,马赫数 值为负,消声系数会变大。顺流与逆流相比,逆流有利于消声。

气流在管道中的流动速度并不均匀,同一截面上,管道中央流速最高,接近管壁处流速就近似为零,逆流时正好相反。 根据声折射原理,声波要向管壁弯曲,对阻性消声器来说,由于周壁衬贴有吸声材料,所以顺流时恰好声能被吸收;而在逆流时,声波要向管道中心弯曲,因此对阻性消声器的消声是不利的。

4.3.5 气流再生噪声对消声器声学性能的影响

由于气流与消声器结构的相互作用,还会产生气流再生噪声。气流再生噪声叠加在原有噪声上,会影响消声器实际使用效果。 气流再生噪声的产生机理:一是气流经过消声器时,由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流,相应地辐射噪声;二是气流激发消声器构件振动而辐射噪声。

气流再生噪声的大小主要取决于气流速度和消声器的结构。一般来说,气流速度越大,或消声器内部结构越复杂,则产生的气流噪声也就越大。与之相适应,降低消声器内气流再生噪声的途径是:

       ①尽量减低流速;

       ② 尽量改善气体的流动状况,使气流平稳,避免产生湍流。

消声器的气流再生噪声大小,可用试验方法求得:

        

    当流速增加一倍,相应的噪声级增加 18dB ,说明气流再生噪声随流速的六次方规律变化,属于偶极子辐射的噪声源。估算气流再生噪声的半经验公式:

       设计消声器时,应注意流速不能选得过高,对空调消声器的流速不应超过 5 米 / 秒;对压缩机和鼓风机消声器,流速不应超过 20 ~ 30 米 / 秒;对内燃机、凿岩机消声器,流速应选在 30 ~ 50 米 / 秒;对于大流量排气放空消声器,流速可选为 50 ~ 80米 / 秒。

4.3.6 阻性消声器的设计

阻性消声器的设计步骤与要求如下:

(1) 确定消声器的结构型式

   根据气体流量和消声器所控制的平均流速,计算所需的通流截面,然后根据截面的尺寸大小来选定消声器的形式。当气流通道截面直径小于 300 毫米时,可选用单通道的直管式,当直径大于 300 毫米而小于 500毫米时,可在通道中加设一片吸声层或吸声芯;当直径大于 500 毫米时,则应考虑把消声器设计成片式、蜂窝式或其它型式。片式消声器中每个片间距离不应大于 250 毫米。  

 (2) 选用合适吸声材料

    可用来做消声器的吸声材料种类很多,如超细玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸声砖、工业毛毡等。在选用吸声材料时,除考虑吸声性能外,还要考虑消声器的使用环境,如对于高温、潮湿、有腐蚀性气体的特殊环境。吸声材料种类确定以后,材料的厚度和密度也应注意选定,一般吸声材料厚度是由所要消声的频率范围决定的。如果只为了消除高频噪声,吸声材料可薄些;如果为了加强对低频声的消声效果,则应选择厚一些。

(3) 决定消声器的长度

在消声器形式、通流截面和吸声层等都确定的情况下,增加消声器长度能提高消声值。消声器长度可根据噪声源的声级大小和现场的降噪要求来决定,如在车间里某风机气流噪声较其它设备噪声高出很多时,就可把消声器设计得长些,反之就应短些。一般现场使用的空气动力设备,其消声器的长度可设计为 1 ~ 3 米 。

(4) 合理选择吸声材料的护面结构

阻性消声器的吸声材料必须用牢固的护面结构固定起来。常采用的护面结构有玻璃布、穿孔板、窗纱、铁丝网等。护面形式,主要由消声器通道内的流速决定。

(5) 根据“高频失效”和气流再生噪声验算消声效果

由于消声器的消声效果与所要消声的频率范围和气流再生噪声等因素有关,因此,按上述要点设计好消声器方案之后,还必须进行验算,首先验算高频失效频率,然后验算气流再生噪声的影响。如果消声器的初步设计方案经过验算不能满足消声要求时,就应重新设计,直至得到满意的设计方案为止。

 (6) 设计方案的试验验证

理论计算出消声器的设计方案后,还要通过试验,定量验证后才可得到具有实用价值的消声器方案。试验一般采用“末端声压级差”法测量。具体来说,就是在消声器进口端测得噪声级 ( 包括各倍频程声压级 ) ,在消声器出口端测得噪声级 ( 包括各倍频带声级 ) ,以两者差作为消声量

4.4 抗性消声器 

       通过控制声抗的大小来消声的。它不使用吸声材料,而是在管道上接截面突变的管段或旁接共振腔,利用声阻抗失配,使某些频率的声波在声阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象,从而达到消声的目的。常用的抗性消声器主要有扩张室式和共振腔式两大类。

4.4.1原理

    声波在两根不同截面的管道中传播,从截面积为S1的管中传入截面积为S2 的管中,S2管对S1 管相当一个声负载,会引起部分声波的反射和透射。设在管道中满足平面波的条件下,在 S1管道中有一入射波Pi 和一反射波Pr ,而 S2管无限延伸;仅有透射波。

假定坐标原点取在 管与 管的接口处,现分别写出上述三种波的声压表示式

它们各自对应的质点振速分别为

      上述入射波、反射波和透射波不是各自独立的,而是互有联系。这种联系的关键在两根管子的接口处 ( 即交界面处 ) ,在此界面上存在如下两种声学边界条件 :

声压连续,即

体积速度连续,即

取边界处 x=0 ,得到反射声压与入射声压的幅度之比为:

面积比,也称为扩张比。上式表明:声波的反射与两根管子的截面积比值有关当 ,即第二根管子比第一根管子细时,,这相当于声波遇到“硬”边界情形;当即第二根管子比第一根管子粗时,,这相当于声波遇到“软”边界情形。极端的情况是:若 ,相当于声波遇到刚性壁,发生全反射;若 ,好象声波遇到“真空”边界。

从声压反射系数可以获得声强反射系数

                                       

声强透射系数则为:

                              

   根据消声量的定义,消声量是管中声强透射系数的倒数,由此得到扩张管式消声器的消声量为:

        公式表明:截面突变引起的消声量大小,主要由扩张比决定。扩张管式消声器的有效消声频率受到一定限制,其低频截止频率可用下式估算:

  而高频截止频率则为:

利用扩张管原理制成的最简单的消声器就是单节扩张室消声器,它是由两个突变截面管反相对接起来而成的。主管截面为S1 ,扩张部分截面为S2 ,扩张部分长度为L 。

消声器的消声量可由在消声器入口端的入射声强与在消声器出口端的透射声强二者之间的衰减量来衡量。由于声强与声压的平方成正比,因此最后得到消声器的消声量计算公式为:

消声量大小由扩张比S21决定,消声频率特性由扩张部分的长度L决定,因为为周期函数,可见消声量也随频率作周期性变化。 当管道截面收缩S21 倍时,其消声作用与扩

张 S21倍是相同的。这就说明,扩张管与收缩管在理论上并无区别。然而在实用上限于空气动力性能的要求,常用的是扩张管,因此也就称为扩张室消声器。上式同时还表明:当时,即的奇数倍时,扩张室消声器的消声量达到最大值,此时:  

 

通常扩张比S21总是大于 l 的,而要取得明显的消声效果,则 S21应取 5 以上的数值。

消声量最大的对应频率称作扩张室最大消声频率:

                                     

   当时,即的偶数倍时,扩张室消声器的消声量达到最小值,,相应的声波会无衰减地通过消声器。这是单节扩张室消声器的一个缺点。此时的相应频率叫通过频率,可由下式计算:

扩张室消声器存在着上限截止频率。以上分析表明:扩张室消声器的消声量 是随着扩张比 的增大而增加的,但是,这种增加不是没有限制的,当S21值增大到一定值以后,会出现与阻性消声器的高频失效相似的情况,即声波集中在扩张室中部穿过,使消声效果急剧下降。扩张室消声器的上限截止频率常用的估算式为:

扩张室消声器除有上限截止频率的限制外,还存有下限截止频率。在低频范围,当波长比扩张室或连接管长度大得多时,可以把扩张室和连接管看作是集中参数系统。当外来声波频率在这个系统的共振频率附近时,消声器不仅不能消声,反而会对声音起放大作用。扩张室有效消声的下限频率可用下式计算:

外接管双节扩张室消声器

    

    双节扩张室消声器的分析过程与单节扩张室消声器的推导方法完全相同,在 4 个边界处满足声压连续和体积速度连续的条件,最后可以得到它的消声量为:

 

扩张管消声器的消声特性是周期性变化的,即某些频率的声波能够无衰减地通过消声器。由于噪声的频率范围一般较宽,如果消声器只能消除某些频率成分,而让另一些频率成分顺利通过,这显然是不利的。为了克服扩张室消声器这一缺点,必须对扩张室消声性能进行改善处理,方法有二:

    (1) 在扩张室消声器内插入内接管,以改善它的消声性能。由理论分析可知,当插入的内接管长度等于扩张部分长度的 1/2 时,能消除那部分奇数倍的通过频率;当插入的内接管长度为扩张部分长度的 1/4 时,能消除那部分偶数倍的通过频率。这样,如果综合两者,可以得到在理论上没有通过频率的消声特性。

   (2) 采用多节不同长度的扩张室串联的方法,可解决扩张室对某些频率不消声的问题。把各节扩张室的长度设计得互不相等,使它们的通过频率互相错开。多节扩张室消声器串联,不但能提高总的消声量,而且能改善消声器的频率特性。由于各节扩张室之间有耦合现象,故总的消声量不等于各节扩张室消声量的算术相加。

在实际工程上,为了获得较高的消声效果,通常将这两个方法结合起来运用,即将几节扩张室消声器串联起来,每节扩张室的长度各不相等,同时在每节扩张室内分别插入适当的内接管,这样就可在较宽的频率范围内获得较高的消声效果。 扩张室消声器由于通道截面的扩张和收缩,将会使阻力损失增大,特别是当气流速度较高时,空气动力性能会变坏。为了改善扩张室消声器的空气动力性能,常用穿孔管 ( 穿孔率大于 25 % ) 把扩张室的插入管连接起来,对气流来说,通过一段壁面带孔眼的管段比通过一段截面突变的管段,其阻力损失要小得多;而对于声波来说,由于穿孔管的穿孔率足够大,仍能近似保持其断开状态的消声性能。

4.4.2扩张室消声器设计 

在设计扩张室消声器时,经常遇到的一个问题是消声量与消声频率范围之间的矛盾。分析表明:欲获得较大的消声量,必须有足够大的扩张比 。但是,对一定的管道截面来说, S21值增大会导致扩张部分的截面尺寸增大,而其上限截止频率 相应变小,使得扩张室的有效消声频率范围变窄,这是不利的。反之,为了展宽扩张室有效消声频率范围,需使扩张比变小,但消声量又受到影响。因此,在设计时,这两方面必须兼顾,统筹考虑,不能顾此失彼。

实际工程中,输气管道截面已由给定的输气流量确定,这时,再设计扩张室消声器就必然会出现上述的矛盾,此时可采取如下的方法

解决:

第一种方法:把一个大通道分割成若干个并联小支通道,再在每个支通道上设计扩张室消声器,这样便可实现在较宽频率范围内有较大消声量的要求。

第二种方法:把扩张室消声器的进口管与出口管轴线互相错开,使声波不能以窄束状形式穿过扩张室。

扩张室消声器设计步骤如下:

(1) 根据需要的消声频率特性,合理地分布最大消声频率,即合理地设计各节扩张室及其插入管的长度。

 (2) 根据需要的消声量,确定扩张比 ,设计扩张室各部分截面尺寸。

 (3) 验算所设计的扩张室消声器的上下截止频率是否在所需要的消声频率范围之内,如不符合,则应重新修改设计方案。再验算气流对消声量的影响,检查在给定的气流速度下,消声值是否还能满足要求。如不能,就需重新设计,直到满足为止。

 4.5 共振腔消声器

共振腔消声器是由管道壁开孔与外侧密闭空腔相通而构成的。

    当声波的波长比共振器几何尺寸大得多时 (3 倍以上 ) ,可以把共振器看成一个集

中参数系统,共振腔内的声波运动可以忽略。

4.5.1原理

共振消声器实际上是共振吸声结构的一种应用。

共振频率为 :

定义传导率:

    工程上的共振器很少是开一个孔的,而是由多个孔组成,此时应注意各孔之间要有足够大的距离。当孔心距为孔径的 5 倍以上时,各孔间的声辐射互不干涉,此时总的传导率等于各个孔的传导率之和。

   对多孔共振腔消声器,消声量为:

   G-传导率(m)它是颈孔的截面积S与颈的有效长度之比。

V-共振腔容积,m3;

A-通道截面积m2;

f0-共振频率。

当f=f0时,声阻最大。

中, 为共振腔消声器在开口处的声阻。

当频率f偏离f0时, 共振腔消声器的消声量D迅速降低。D降低的快慢与 (记作K)的大小有关,K越小,D下降的速度越快.实际工程中遇到的是宽频带的噪声,要想获得良好的消声效果,应使K值足够大。

根据亥姆霍兹共振器的共振频率式

可设计共振腔的最小容积V。

当某些频率的声波到达分支点时,由于声阻抗发生突变,使大部分声能向声源反射回去,还有一部分声能由于共振器的摩擦阻尼转化为热能而散失掉,只剩下一小部分声能通过分支点继续向前传播,从而达到消声的目的。

简化计算共振器的消声量为

    这种消声器具有明确的选择性。即当外来声波频率与共振器的固有频率相一致时,共振器就产生共振。共振器组成的声振系统的作用最显著,使沿通道继续传播的声波衰减最厉害。因此,共振腔消声器在共振频率及其附近有最大的消声量。而当偏离共振频率时,消声量将迅速下降。这就是说,共振腔消声器只在一个狭窄的频率范围内才有较佳的消声性能。因此,它适于消除在某些频率上带有峰值的噪声。

共振腔消声器也可以做成同轴型,其消量为:

从外形上看,同轴型共振消声器与带内接管的扩张室消声器很相似,特别是与为了改善扩张室消声器空气动力性能而把内接管用穿孔管连起来时,二者更为相似。事实上两者的消声性能也相似。

共振腔消声器的消声频率范围窄,为了弥补这一缺陷,有以下三个方法:

(1) 选择较大的 K值。在偏离共振频率时,共振消声器的消声量与(

值有关,K值越大,消声量也越大。K值增大,还能改善共振吸声的频带宽度;但是,K值增大,消声器体积也增大,有时在现场实施是有因难的。

 (2) 增加共振腔消声器的摩擦阻尼。通过增加摩擦阻尼能提高消声频带宽度。在共振频率上,消声量也不会无限增大,而是一个有限的数值,即:

               

     共振腔消声器的声阻越大, 值也越大,在共振频率上消声量也就越低。但是,在偏离共振频率时,声阻能使消声量降低趋向缓慢。也就是说,增加共振器的阻尼,对于共振频率处的消声不利,但却能使有效的消声频率范围得以加宽。由于噪声多是宽频带的,所以从总体看来,增加声阻往往是有好处的。

    (3) 采取多节共振器串联。把具有不同共振频率的 n 节共振消声器串联起来,并使各个消声器的共振频率互相错开,能在较宽的频率范围内获得较大的消声量。

    多节共振器串联时,总的消声量并不等于各个共振器消声量之和,这是因为多节串

联,情况较复杂,如后节对前节末端往往有声反射,各节互相之间有耦合作用。 气流对共振消声器性能有一定影响,一般可由下式定量计算:

         

     设计共振腔消声器,应根据实际的消声要求,首先确定共振频率和某一频率的消声量 ( 倍频程或1/3 倍频程的消声量 ) ,再用公式计算或查表的方法求出相应的 值。当 值确定后,就可以考虑相应的 G 、 V 和 S ,使之达到 值的要求。  

为了使消声器的理论计算值与实际结果值一致,在考虑设计方案时,应注意以下条件:

 (1) 共振器的几何尺寸应小于共振频率波长 的 1/3 。当共振频率较高时,此条件不易满足,这时不能将共振器看成为一个集中参数系统,而应考虑声波在空腔内的传播特性。

 (2) 穿孔位置应集中在共振消声器的中部,穿孔范围应小于。相邻各孔之间的孔心距一般应取孔径的 5 倍。当穿孔数目较多时,穿孔范围集中在  内与孔心距大于孔径 5 倍这两个要求,往往发生矛盾。在这种情况下,可采取将空腔分割成几段来分布穿孔的位置。

    (3) 共振消声器的消声频率范围也有高频失效问题。当声波频率高至某一频率后,会成为束状从消声器中部“溜”过去,从而使消声效果下降。共振消声器的上限截止频率也可以用以上介绍的公式估算。

微穿孔板消声器是一种特殊的消声结构,它利用微穿孔板吸声结构而制成,是我国噪声控制工作者研制成功的一种新型消声器。通过选择微穿孔板上的不同穿孔率与板后的不同腔深,能够在较宽的频率范围内获得良好的消声效果。因此,微穿孔板消声器能起到阻抗复合式消声器的消声作用。

       近年来,我国已研制成功在多种条件下使用的微穿孔板消声器,如通风空调消声器、

鼓风机进排气消声器、燃汽轮机消声器,飞机发动机试车消声器、内燃机消声器等,效果良好。

第五章振动防治技术5.1振动公害的特点与评价5.1.1振动公害的特点

振动公害与噪声公害的联系,当振动频率在20-20000HZ的声频范围内时, 振动源同时又是噪声源.另一方面,若声源的振动激发了某些固体物件的振动,这种振动会以弹性波的形式在固体中(如基础、地板、墙等)传播。并在传播中向外辐射噪声,这就是“固体声”。特别当引起物体共振时,会辐射很强的噪声。从这个意义上讲,防振技术是噪声防止技术的一种。振动除引起噪声方面的危害外,还能直接作用于人体、设备和建筑等。损伤人的机体,引起各种病症、损坏设备、使建筑物开裂、倒塌等。因此,振动又区别于噪声,有其相对的独立性。

腹腔共振:4~8HZ      头-颈-肩系统共振20~30 HZ

眼球共振:60~90HZ    下鄂头盖骨共振100~200 HZ

5.1.2振动评价

振动的强弱可用振动加速度来评价,人能感觉到的振动一般在0.01 -10 m/s2,与噪声控制类似,反映振动加速度的参数可用振动加速度级La(dB)表示。

a-振动加速度有效值, m/s2 ;

am-振动加速度的振幅, m/s2;

a0-加速度基准值,一般取当频率为100HZ时,该基准值与声压基准值是一致的。经人体感觉修正后的加速度级叫振动级VL。

Cn为感觉修正值:

振动危害的大体状况:

5.1.3隔振的测量

测振计-测量位移

速度计-测量速度

加速度计-测量加速度

5.2振动控制的基本方法

1)减少振动源的扰动(减少非平衡力、改进工艺)

2)防止振动(改变外扰频率或系统振动频率)

3)采用隔振技术(控制振动传递,如防振沟、隔振器等)

5.2.1隔振技术

对机械振动的根本治理方法是改变机械结构,降低甚至消除振动的发生,但在实践中往往很难做到。隔振就是将振动源与基础或其它物体的刚性连接改成弹性连接,隔绝或减弱振动能量的传递,从而达到防振的目的。

积极(主动)隔振-源隔振

消极(被动)隔振-受体隔振

5.2.1.1隔振原理

振源振动时,会产生一个激发力,与地基刚性连接时。该激发力全部传给地基,若为弹性连接,则只有一部分传给地基。工程上用传递系数(T)衡量隔振效果的好坏。

 (Ff -传递力;  FL-总激发力)

系统无阻尼振动的固有频率:

  

m-振动系统质量;

k-弹簧的弹性系数

 -固有角频率

系统加上一个垂直激发力,则系统运动方程为:

解该方程,并根据T的定义:

f-激发力频率;即

当系统中存在一个与振动速度成正比的阻尼时:

-阻尼比

C-系统阻尼系数;

Cc-临界阻尼系数;

,

一般隔振器 =2~20%, 钢制弹簧的<1%;纤维衬垫的=  2~5%.混合制成橡胶>20%。

5.2.1.2隔振设计

①常见的机械设备的振动频率

风机:轴的转数 叶片数          变压器:交流电频率 2

电机: 轴的转数 极数           压缩机: 轴的转数

齿轮: 轴的转数 齿数           内燃机: 轴的转数 缸数

轴承: 轴的转数 ×1/2  珠子数

②金属弹簧:             橡胶类弹性材料:

x-重力作用下弹性构件的静态压缩量(cm);

Ed,Es-材料的动态与静态的弹性模量 :氰橡胶2.2~2.8;胶合玻璃纤维板1.2~2.9;矿渣棉1.5;软木1.8.

要求:

设计: ① 根据f和f0(或x)计算T;

② 根据T和已知的f求f0和x。

f0越小,减振效果约好. 增大基础的质量 。实际设计中,隔振系统的固有频率最好低于5~7HZ,如果目的为降低噪声则提高到10~14 HZ。

5.2.1.3常用的隔振器

⑴弹簧隔振器:常用的是螺旋形和板条形两种

优点:承受较大负载,耐高温,耐油污,静态压缩量大,固有频率低(<5 HZ)

缺点:阻尼太小(),易传递高频率振动,易在150 ~ 350 HZ范围内自身共振而传递中频率振动,常需要附加粘滞阻尼器。当钢弹簧的静态压缩量较大时,易使弹簧失去稳定.位了使隔振系统有足够的侧向稳定性,应采用短而粗的弹簧,或者在侧向配备有缓冲装置。

螺旋形钢弹簧的轴向弹性系数K计算

G-切变弹性模量,;

d-弹簧钢丝直径(m);

n-弹簧有效圈数;

D-弹簧的宽度,即螺旋的直径(m);

钢弹簧的侧向弹性系数 与轴向受压情况有关,进行隔振设计时,  (计为 )应保持在0.5~2.0范围内。安装弹簧隔振器时,应使各弹簧在同一水平面上分布均匀对称使受压力均衡.当荷载均衡对称时,重心一定要落在弹簧的几何中心,使机器的重心尽可能低,保证系统的稳定性。

⑵橡胶隔振器

橡胶隔振器是选用一定硬度的橡胶材料制成合适的形状,粘结在金属附件上构成的.压缩型、剪切型、压缩剪切复合型。

优点:形状可自由选择;阻尼比大,不会产生共振激增现象;弹性系数可经调整结构控制。

缺点:不耐油污;不适合高温和低温下使用,易老化;不适合用于有较低干扰频率和重量特别大的设备。

隔振器设计主要确定材料的厚度和面积。

厚度:

x-橡胶的最大静态压缩,cm;

-橡胶的动力弹性模量,kg/cm2;

-橡胶的允许负载,kg/cm2

面积 :

P-设备的重量,kg。

⑶防振沟

在振动传播方向挖沟,隔振效果取绝于沟深度。

5.2.2阻尼减振技术5.2.2.1原理

阻尼材料减振主要是通过减弱金属板中传播的弯曲波来实现的,薄板发生振动 薄板与阻尼层内部的摩擦错动,消耗能量。

5.2.2.2阻尼材料与阻尼层

阻尼材料:沥青、软橡胶、高分子涂料;

自由阻尼层:涂在板的一面或二面;

约束阻尼层:涂在两层金属板中间。

5.3 质量平衡和动力吸振器5.3.1质量平衡

旋转机械设备常因旋转体重心偏心而产生不平衡力,从而引起振动。

⑴静态不平衡的校正

m-圆盘的质量;

-转动角速度。

消除这种振动,可在不平衡质量的反方向,即在圆盘较轻的一边加一个质量M,使下式成立:

⑵动态不平衡的校正

振动体很长时,由于重心的偏心,不平衡力偶影响等,引起振动 动态不平衡,这实际上是两个以上平面内的不平衡.其校正用动平衡机。找到不平衡点然后进行校正。

5.3.2动力吸振器

当机械设备受某一固定干扰频率激发而振动时,可以在机械设备上附加一个振动系统,使干扰频率激发的振动降低,这叫动力吸振器。

设质量为 的设备产生的振动力为,该设备安装在弹性系数为 的装置上.为消除振动,该设备上安装一附加振动系统,整个系统的运动方程为:

解:

—吸振器的固有频率,

也即时,设备的振幅A为零,动力吸振器就是利用这一特性来消除振动的。

第六章电磁辐射污染治理技术6.1电磁污染源种类

天然源:大气中发生电离作用,导致电荷的蓄积,从而引起放电现象;

工频场源:大功率输电线路产生电磁波;

射频场源:无线电或射频设备工作过程中产生的电磁感应与电磁辐射。

6.2电磁污染的传播途径

⑴空间辐射:场源为核心,在半径为一个波长范围内,以感应方式为主,将能量施加于受体上。场源为核心,在半径为一个波长外范围,以空间放射将能量施加于受体。

⑵导线传播;

⑶复合传播。

6.3防治电磁辐射的基本方法

 (1)电磁的屏蔽技术

①原理与方法

电磁屏蔽是采用某种能抑制电磁辐射扩散的材料,将电磁场与外界隔离开.屏蔽材料选用良导体.当场源作用于屏蔽体时,因电磁感应,屏蔽体产生与场源电流方向相反的感应电流而生成反向磁力线,与场源磁力线相抵消.达到屏蔽效应.屏蔽体接地,使屏蔽体对外界一侧电位为零,同时屏蔽电场.

方式:主动场屏蔽;被动场屏蔽.

②屏蔽材料与结构

铜 铝 铁

板结构:

Ra-金属板内对电磁能吸收衰减量(dB;

d-金属板厚度,cm;

G-金属相对导电系数;

-金属磁导率;

f-场源频率

d一般不超过1mm

网状结构:网孔目数越大,金属丝直径越粗,屏蔽效果越好,一般为双层。屏蔽体要求有较好的整体性,交接处用严格的焊接结构,防止产生绝缘部位。

③接地处理

a 接地系统要有足够的表面积,以宽为10cm 宽的铜带为佳;

b接地线应尽量短;

c接地线应避免1/4 波长的奇数倍;

d厚度足够保证机械强度和耐腐性.

 (2)吸收法控制微波污染

对于微波辐射污染,可采用对这种辐射具有强烈吸收作用的材料敷设于场源外围;

谐振型吸收材料-利用材料的谐振特性;

匹配型吸收材料-利用材料与自由空间的阻抗匹配;

塑料、橡胶、胶木、陶瓷等中加入铁粉、石墨、木材、水等。

(3)远距离控制和自动作业;

(4)线路滤波;

(5)合理设计工作参数,保证射频设备在匹配状态下操作;

(6)个人保护。

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