第九章 消声器消声器是消减气流噪声的装置，把它接 在管道中或进、排气口上，能让气流通过， 对噪声具有一定的消减作用。第一节 消声器的分类、评价和设计程序对一个好的消声器要有五个方面的基本要求：1）在消声性能上的要求。要求具有较高的消 声值和较宽的消声频率，也就是说要在所需 要的消声频率范围有足够大的消声量；2）空气动力性能上的要求。消声器对气流的 阻力要小，安装消声器后所增加的阻力损失 要控制在实际容许的范围内；3）机械结构性能上的要求。消声的体积要小， 重量要轻，结构简单，便于加工，安装和维修4）外形和装饰上的要求。符合实际安装空间的 需要，美观大方，表面装饰与设备相协调5）价格费用要求。价格便宜，使用寿命长。二、消声器的声学性能评价量 1）插入损失（LIL） 即系统中插入消声器前后在系统外某点测得的声功 率之差。 2）传声损失（TL） 即消声器进出口端声功率级之差。 3）减噪量（LNR） 即消声器进出口端测得的平均声压级之差。 4）衰减量（LA） 即消声器内部两点间的声压级的差值，通常用消声 器的单位长度的衰减量（dB/m）来表征消声器内声 传播特性。一、消声器的分类与适用范围 1）阻性消声器（如P.177图9-1）：包括的形式：直管式、片式、折板式、 声流式、蜂窝式、弯头式等 。消声的频率特性：具有中、高频消声性能。适用范围：消除风机、燃气轮机进气噪声（ 即气体流速不大的情况）。消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料 固定在气流通道内壁或按一定的方 式在管道中排列起来，就构成了阻 性消声器，与电学类比，吸声材料 就相当于电阻，故称阻性消声器。2）抗性消声器包括的形式：扩张室式（如P.181图9-3） 、共振 腔式（如P.184图9-7） 、干涉型（如 P.188图9-10）。 消声的频率特性：具有低、中频消声性能。 适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气 噪声（较高气速的情况）。消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。 与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是 在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔 ，利用声阻抗的改变，使某些频率的声波在 声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象， 从而在消声器的外测，达到了消声的目的。3）阻抗复合式消声器（如：P.190，图9-12和 P.191图9-13）包括的形式：阻扩型、阻共型、阻扩共型 等。消声的频率特性：具有低、中、高频消声性能。适用范围：消除鼓风机、大型风洞、试车台噪声。消声原理：把阻性与抗性两种消声原理通过适当 结构复合起来而构成的。可定性地认为阻性和抗 性在同一频带的消声值的叠加（并非简单的叠加 关系）。4）微穿孔板消声器包括的形式：单层微穿孔板、双层微穿孔板等。消声的频率特性：宽频带消声性能。适用范围：适于高温、潮湿有水、有油雾及特别 清洁卫生的场合。消声原 理：利用微穿孔板吸声结构制成的消声器 。5）喷注耗散型消声器（也称扩散式消声器）包括的形式：小孔喷注型（如P.194图9-15） 、降 压扩容型、多孔扩散型（如P.195图9-16） 、引射 掺冷型（如P.198图9-19） 。 消声的频率特性：宽频带消声性能。 适用范围：消除压力气体排放噪声，如锅炉排气 、高炉放气、化工厂工艺气体放散。原理：不是在声音发出后进行消除，而是从发生机 理上使干扰噪声减小。喷注噪声值频率与喷口直径 成反比，如果喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量 将从低频移向高频，于是低频噪声被降低，而高频 噪声反而升高，如果孔径小到一定值时，喷注噪声 将移到人耳不敏感的频率范围。6）喷雾消声器（如P.197图9-17）消声的频率特性：低频消声性能。适用范围：消除高温蒸汽排放噪声。7）电子消声器（如P.189图9-11）消声的频率特性：宽频带消声性能。适用范围：用于低频消声的一种辅助。原 理：喷淋水雾改变介质的密度，即增加声阻抗 。原 理：人为地产生一个幅值相同而相位相反的声 波，使两列声波在一定的空间区域相互干涉 而抵消，达到降噪目的。三、消声器的设计程序1）噪声源的调查和特性分析（声源解析、周围自 然环境和声学环境条件等）2）噪声标准的确定（根据评价区周围环境要求及 国家相关声环境质量标准和噪声排放标准）3）消声量的计算（根据管道截面，确定消声器通 道结构；根据降噪要求，决定消声器的长度）4）选择消声器的类型（根据噪声的频谱，选定消 声器的种类）5）检验（验算消声频率范围）第二节 阻性消声器一、阻性消声器的声衰减量其中：L消声器气流通道断面周长，mS消声器的气流通道截面积，m2l消声器的有效长度，m(a0)与材料的吸声系数有关的消声系数H.J. 赛宾经验公式：降噪量与材料吸声 性能和周长/截面 比有关。理论计算公式：例1、选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的 消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。 当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截 面形状的声音衰减量最大？哪种最小？解：由公式：因为管道的有效直径为：则管道断面有效周长为：1）当管道为圆形时2）当管道截面为正方形时则管道断面周长为：所以，3）当管道截面为1：5矩形时则管道断面长和宽分别为：则管道断面周长为：所以 ，因此，有：LA3LA2 LA1即：管道截面为矩形的声音衰减量最大，截面为圆 形管道声音衰减量最小。二、高频失效频率（即消声性能下降的频率）基于高频率声音的方向性强，与管壁的吸声材料接 触减少。其中：D消声通道截面平均边长（当量直径 ），m 圆形管道为直径；矩形管道为边长平均 值，其他管道取面积的开方值。当频率每增加一个倍频带，其消声量约下降1/3， 其经验估算公式为：其中：R高于失效频率的某倍频带的消声量；R失效频率处的消声量（作为参考值）；N高于失效频率的倍频程频带数。三、气流对阻性消声器性能的影响主要表现在两个方面：1）气流的存在改变了消声器内声衰减规律（特别是高 速气流）2）气流在消声器内产生一种附加噪声，即气流再生噪声A：顺流时（气流与声传播方向一致），由于气体流速在管道内 不均一，根据折射原理，声波向管壁弯曲，促进消声降噪；B：逆流时（气流与声传播方向相反） ，声波向管道中心弯曲 ，导致声波与吸声材料接触机会减少，不利于消声降噪。气流经过消声器通道时，因局部阻力或摩擦阻力而产生湍 流，相应辐射一些噪声；气流激发消声器构件振动而辐射噪声 。在直通管道消声器内气流再生噪声的估算公式为：其中：LA气流再生噪声消声器内气流速度，m/s一个消声器具体应用到现场时，气流究竟对它的性能 影响有多大，需结合噪声源强度、气流速度大小以及消声 器结构等因素进行具体分析；不同的结构，气流在管道中允许风速不同。第三节 抗性消声器一、扩张室消声器（膨胀式消声器）消声原理：声波在管道截面的突然扩张（或 收缩）造成通道内声阻抗突变，使 声波传播方向发生改变，在管道内 发生反射、干涉等现象，从而达到 消声的目的。 单节扩张室消声器的消声量计算：其中：称为抗性消声器的扩张比。二、共振腔消声器1）消声原理：该系统是共振吸声结构，管壁小孔中的 空气类似活塞，具有一定的声质量；密闭空 腔类似空气弹簧，具有一定的弹性，当声波 传到腔口时，在声波的作用下，空气柱产生 振动，振动时与腔口壁的摩擦使一部分声能 转化为热能而耗散；同时由于声阻抗的突变 而使声波发生反射和干涉现象，导致声能衰 减；当体系固有频率与声波频率发生共振时 ，消耗的声能最多，消失量最大。实际工程中，一般单通道的截面直径 不应超过250mm，如果流量较大时则需要多 通道。共振腔最大几何尺寸应小于声波波 长，孔心距应大于孔径的5倍。本章作业：P.201，第2，3，5，7题预习作业：第十章 第十章 隔振技术与阻尼减振主要内容：一、振动对环境的影响和评价二、振动控制的基本方法三、隔振原理四、隔振设计与计算一、振动对环境的影响和评价1）人能感觉到的振动频率范围在1-100Hz；2）对人体反应最强烈的振动频率是与人体某些器 官固有频率相吻合的频率；3）低于2Hz的次声波振动可能导致人的死亡；4）影响和损害建筑物、精密仪器和设备。振动可分为：稳态振动、冲击振动和无规则振动。振动对人及环境的影响：振动强弱对人影响情况（总概括）：（1）振动的“感觉阈”（2）振动的“不舒适阈”（3）振动的“疲劳阈”（4）振动的“危险阈”和“极限阈”ISO5349标准（局部振动标准）：规定了8-1000Hz不同暴露时间的振动加速度 和振动速度的允许值，用来评价手传振动暴露对人 损伤危害。ISO2631标准（整体振动标准）：规定了人在振动作业环境（频率范围1-80Hz ）中的暴露基准（含垂直振动标准曲线和水平振动 标准曲线）。我国的环境振动标准：城市区域环境振动标准（GB10070-88）城市区域环境振动测量方法（GB10071-88）二、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）振动源传递介质接受者三、隔振原理评价振动的强弱，通常用位移、速度、加速 度三个量来表示，该三个量有内在的联系。对于简谐振动来说，振动的位移为：其中：X振动的位移，mXm振幅，即最大的位移，m角频率，等于2f相位振动速度和加速度分别为位移的一阶导数与二阶导 数，即：常用来表征隔振效果的物理量传振系数（力传递率 ）定义：通过隔振元件传递过去的力与总的干扰力之比 ，即：系数越小，隔振元件传递的力越小，隔振 效果越好。振动级：隔振效率：如：当干扰力通过隔振系统后，其振幅降低到 原来的1/10时，即T0.1，则干扰力的振动级降 低了20dB.传振系数越小，隔振效率越高。对于一个单向自由振动（不考虑体系阻尼）， 则体系的固有频率为：假设在这一振动系统上加一个垂直的干扰力FF0sint， 在忽略阻尼的情况下，该振动系统的运动方程式为：其中，式中第一项为振动物质的惯性力，第二项为弹 簧弹性力，右边为周期性的干扰力。结合传振系数的定义，可以得到无阻尼振动系 统的力传递系数：其中：f为干扰力频率，f0为系统的固有频率。对上式的讨论：（1）当f/f01时，即干扰力的频率小于隔振系统的 固有频率，在书中图10-7中的AB段的T1，说 明干扰力全部通过隔振装置，即隔振系统不起 作用。（2）当f/f01时，即干扰力的频率等于或接近隔振 系统的固有频率，即BC段的T大于1，说明隔振 系统不但不起隔振作用，反而放大了振动的干 扰，甚至产生共振现象。（3）当f/f021/2时，即干扰力频率大于隔振系统的 固有频率的21/2 倍，即CD段的T小于1，隔振系 统才真正起隔振作用。当考虑体系有阻尼情况时，即在体系中安装阻 尼器，如橡皮垫等，则体系的传振系数为：其中：/0，即系统阻尼系数与临界阻尼系 数之比,临界阻尼系数04mf0讨论传振系数T与的关系：（1）当f/f021/2时，即图中AB和BC段，也就是 系统不起隔振作用甚至发生共振作用的范围，越 大，则T值越小，表明增大阻尼对控制振动有好 处； （2）当f/f021/2时，即图中CD段，也时设计隔 振装置经常考虑的范围， 越小，则T值越小， 表明阻尼越小越好，阻尼对隔振效果有不良的影 响。综合上述两种讨论，可知：1）欲得到好的隔振效果，必须设计较低的f0，并 且只有当f/f021/2，才能获得好的隔振效果；2）如果干扰频率f比较低，或者因其他原因，只 能做到f/f021/2时，此时可采取增加阻尼来限制 干扰力的放大作用。实际应用举例：1. 拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大，是何原因？答：由于空负荷质量小，则空负荷时固有频率要 比设计的固有频率f0大，所以f/f0的值比设 计值小，因此空负荷时传振系数比设计值大 ，因此拖拉机空负荷时要比有负荷时振动大 。阻尼层基板约束层