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    消聲器的設計制造技術

    發布時間:2018-04-21  浏覽:770次  字號:  

      一、前言 
          著名的声学专家、科学院院士马大猷教授一九七五年在《中国科学》上发表了独创的《微穿孔板吸声结构的理论和设计》论文。二十多年来,根据马先生的理论,微穿孔板结构得到了迅速发展,并在各个领域广泛应用。我安百利电力辅机厂是把马先生的理论应用于实践的单位之一,生产制造了各种规格的不同类型的消声器,并将小孔喷注和微穿孔板吸声结构成功结合于抗阻型消声器中,并采用不锈钢制造,使消声器不怕水,耐温防火,清洁,无污染,可耐高温,耐腐蚀,能承受高连气流冲击。经过上百家电厂及大型锅炉排汽使用后,在吸声降噪方面已经得到实践经验。被列为重要环保降噪工程单位。 本文重点介绍微穿孔板消聲器的設計制造技術,同时概述微穿孔板的加工制造技术。小孔噴注消聲器的設計制造請看下一篇
          二、微穿孔板吸聲結構:  
          在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔径小于1.0毫米的微孔,穿孔率在1~5%之间,后部留有一定的厚度(5~20cm)的空气层,空腔内不填任何吸声材料,这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声質量、高声阻的共振吸声结构,其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间,其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明,表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度,主要由微穿孔板结构的声質量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)  式中: 
          ρ -- 空气密度(公斤/厘米3);
          C -- 空气中声速(米/秒);  
          D -- 腔深(穿孔板与后壁的距离)(毫米); 
          m -- 相对声質量;  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--声質量系数  km=1+(1+(1/(9+(x2/2))))+0.85d/t 
          其中x=ab f,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)表達  
          r/m=50f((kr/km)/x2)  (5) 
          而kr/km的近似計算式爲 
          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,而声質量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。
          共振時的最大吸聲系數α0爲  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。在實際工程中爲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。  
          三、微穿孔板消聲器  
          微穿孔板聲學結構在消聲技術領域也早有十分廣泛的應用,利用微穿孔板聲學結構設計制造的微穿孔板消聲器種類繁多,最簡單的是直管式消聲器,而多數是阻抗複合式消聲器。微穿孔板消聲器用金屬穿孔薄板制成,常見的微穿孔板可用鋼板(管)、不鏽鋼板(管)、合金板(管)等材料制做,由于微穿孔板後的空氣層內可填裝多孔性岩棉材料,即利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進一步達到降噪消聲目的.其吸聲系數高,吸收頻帶寬,壓力損失很小,氣流再生噪聲低,且易于控制。爲獲得寬頻帶高吸收效果,一般用雙層微穿孔板結構。微穿孔板與外殼之間以及微穿孔板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異,吸收低頻空腔大些(150~200毫米),中頻小些(80~120)毫米,高頻更小些(30~50毫米),雙層結構的前腔深度一般應小于後腔,前後腔深度之比不大于1:3,前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應高于後層,爲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500毫米左右加一塊橫向隔板。  單層管式微穿孔板消聲器是一種共振式的吸聲結構。對于低頻消聲,當聲波波長大于共振腔(空腔)尺寸時,可以應用共振消聲器計算式(7)來計算微穿孔板消聲器的消聲量LTL:  LTL=10lg(1+(a+0.25)/(a2+b2×f/fo-fo/f)2))(分貝)(7)  式中 
          a=rs     b=sc/2πfov  
          r -- 相对声阻  s -- 通道截面积(米2)  
          v -- 板后空腔体积(米3)  
          c -- 空气中的声速(米/秒) 
          f -- 入射声波频率(赫) 
          f0 -- 共振频率(赫) 
          f0=(c/2π)×(p/tD)1/2 
          t=t+0.8d+1/3PD  t -- 微穿孔板的厚度(米) 
          p -- 穿孔率(%)  D -- 板后空腔深度(米) 
          D -- 穿孔孔径(米)  
          對于中頻消聲,微穿孔板消聲器的消聲量可以應用阻性消聲器的計算式(8)進行計算:  LTL=ψ(α0)pL/s  (分貝)  (8)  式中
          ψ(α0) -- 消声系数,它是与吸声系数α0 有关的量,
          α0和ψ(α0)相互關系經驗值可由表查得 
          P -- 管道横断面的周长(米) 
          L -- 管道的长度(米)  
          S -- 管道横截面面积(米2)  
          微穿孔板消聲器高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。試驗證明,消聲量與流速有關,與消聲器溫升無關。流速增高,氣流再生噪聲提高,消聲性能下降,金屬微穿孔板消聲器可承受較高氣流速度的沖擊,當流速達到70米/秒時,仍有10分貝以上的消聲量。這也是微穿孔板消聲器優于一般阻性消聲器的又一重要特點。 
          我安百利電力輔機廠生産的抗噴阻型消聲器對高頻高壓高汽流場所又結合用消聲原理中的抗性原理(即利用管道的截面突變,使聲波向前傳播到擴張室後反射180度後使波與波振幅相等,相位相反,相互幹涉,達到最理想消聲效果。
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