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複合型消聲器工作原理及特點
- 2018-12-26 -

種類概述

消聲器種類很多,但究其消聲機理,又可以把它分為六種主要的類型,即阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗複合式消聲器、微穿孔板消聲器、小孔消聲器和有源消聲器。

阻抗式

現有的消聲器,大多采用阻抗複合型消聲原理。由於結構複雜、重量大、高溫氧化吸聲填料,高速氣流衝擊吸聲填料,水氣滲透吸聲填料等原因,消聲器很容易出現維修頻繁、消聲效果差,使用周期短等情況。

而這曆來是消音器的設計難點,微穿孔消聲器則綜合了最合理的消聲原理所設計解決了上述問題,取得了良好效果。微穿孔消聲器消聲器不使用任何阻性吸聲填料,采用微穿小孔多空腔結構,高壓氣流在消聲器內經多次控流進入空腔體,逐級改變原氣流的聲頻。阻力損失小,消聲頻帶寬,工作時不起塵。不怕油霧、水氣。耐高溫、耐高速氣流衝擊。使環境噪聲符合國家《工業企業噪聲衛生標準》。 廣泛用於石油、化工、冶金、紡織等行業。

阻性式

主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。把吸聲材料固定在氣流通道的內壁上或按照一定方式在管道中排列,就構成了阻性消聲器。當聲波進入阻性消聲器時,一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉化成熱能耗散掉,使通過消聲器的聲波減弱。阻性消聲器就好象電學上的純電阻電路,吸聲材料類似於電阻。因此,人們就把這種消聲器稱為阻性消聲器。阻性消聲器對中高頻消聲效果好、對低頻消聲效果較差。

抗性式

是由突變界麵的管和室組合而成的,好像是一個聲學濾波器,與電學濾波器相似,每一 個帶管的小室是濾波器的一個網孔,管中的空氣質量相當於電學上的電感和電阻,稱為聲質量和聲阻。小室中的空氣體積相當於電學上的電容,稱為聲順。與電學濾波器類似,每一個帶管的小室都有自己的固有頻率。當包含有各種頻率成分的聲波進入第一個短管時,隻有在第一個網孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網孔到達第二個短管口,而另外一些頻率的聲波則不可能通過網孔.隻能在小室中來回反射,因此,我們稱這種對聲波有濾波功能的結構為聲學濾波器。選取適當的管和室進行組合.就可以濾掉某些頻率成分的噪聲,從而達到消聲的目的。抗性消聲器適用於消除中、低頻噪聲。

把阻性結構和抗性結構按照一定的方式組合起來,就構成了阻抗複合式消聲器。

微穿孔板式

一般是用厚度小於1mm的純金屬薄板製作,在薄板上用孔徑小於1mm的鑽頭穿孔,穿孔率為1%一5%。選擇不同的穿孔率和板厚不同的腔深,就可以控製消聲器的頻譜性能,使其在需要的頻率範圍內獲得良好的消聲效果。

小孔式

小孔消聲器的結構是一根末端封閉的直管,管壁上鑽有很多小孔。小孔消聲器的原理是以噴氣噪聲的頻譜為依據的,如果保持噴口的總麵積不變而用很多小噴口來代替,當氣流經過小孔時、噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻,使頻譜中的可聽聲成分明顯降低,從而減少對人的幹擾和傷害。

有源式

基本原理是在原來的聲場中,利用電子設備再產生一個與原來的聲壓大小相等、相位相反的聲波,使其在一定範圍內與原來的聲場相抵消。這種消聲器是一套儀器裝置,主要由傳聲器、放大器、相移裝置、功率放大器和揚聲器等組成。

原理

一、微孔板吸聲結構的理論

在板厚小於1.0mm的薄板上穿以孔徑小於等於1.0mm的微孔,穿孔率為1~5%,

後部留有一定的厚度(5-20cm)空氣層,該層不填任何吸聲材料 ,這樣即構成了微穿孔板吸聲結構。它是一種低聲質量,高聲阻的共振吸聲結構,其研究表明,表征微穿孔板吸聲特性的吸聲係數和頻帶寬度,主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定,而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。微穿孔板吸聲結構的相對聲阻抗Z(以空氣的特性阻抗ρC為單位)用式(1)計算:

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

公式中:

ρ--空氣密度(kg/cm3);

C--空氣中聲速(m/s);

D--腔深(mm);

m--相對聲質量;

r--相對聲阻;

w--角頻率,W=2πf(f為頻率);

而r和m分別由式(2)(3)表達:

r=atkr/dzp(2)

m=(0.294)×10-3tkm/p(3)

式中:

t--板厚(毫米)

d--孔徑(毫米)

p--穿孔率(%)

kr--聲阻係數kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t

km--聲質量係數km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t

其中x=abf,a和b為常數,對於絕熱板a=0.147,b=0.32;對於導熱板a=0.235,b=0.21。聲吸收的角頻帶寬度,近似地由r/m決定,此值越大,吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)

式中l--常數,對於金屬板l=1140,而隔熱板l=500。上式也可以用式(5)表達:

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

而kr/km的近似計算式為:

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

利用以上各式就可以從要求的r、m、f求出微穿孔板吸聲結構的x、d、t、p等參量。由於微穿孔板的孔徑很小且稀,基聲阻r值比普通穿孔板大得多,而聲質量m又很小,故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結構大得多,一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結構的吸聲頻帶寬度可以達到6~10個1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結構最大的特點。

共振時的最大吸聲係數α0為α0=4r/(1+r)2(7)

具體設計微穿孔板吸聲結構時,可通過計算,也可查圖表,計算結果與實測結果相近。在實際工程中為了擴大吸聲頻帶的寬度,往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板複合結構。

微穿孔板理論在抗噴阻消聲器設計中的應用:

利用微穿孔板聲學結構設計製造的消聲器種類很多,主要型為抗噴阻型消聲器。該型式消聲器是用不鏽鋼穿孔薄板製成,因該九台消聲器是用於石化單位,空氣腐蝕性比較大,故穿孔板後的空氣層內填裝的吸聲材料為耐腐蝕金屬軟絲布。利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進一步達到降噪消聲的作用,

其吸聲係數高,吸收頻帶寬,壓力損失小,氣流再生噪聲低,且易於控製。為獲得寬頻帶高吸收效果,一般用三級微穿孔板結構。微穿孔板與外殼體之間以及微穿板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異,低頻腔大(150~200mm),中頻小些(80~120mm),高頻更小些(30~50mm),雙層結構的前腔深度一般應小於後腔,前後腔深度之比不大於1:3,前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應高於後層,為減小軸向聲傳播的影響,可在微穿孔板消聲器的空腔內每隔500mm左右加一塊橫向隔板。試驗證明,微穿孔板消聲器不論是低頻、中頻、高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。且消聲量與流速有關,與消聲器溫升無關,當流速達到70米/秒時,一般其它型式消聲器已無法解決噪聲問題,而微孔型消聲器可承受70m/s氣流速度的衝擊,仍有15dBA以上的消聲器。

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