柴油機消聲器的設計原理及測試方法

2021-03-04 09:35:58 字數 4696 閱讀 4446

阻性消聲器是利用吸聲材料的吸聲作用,使沿管道傳播截面積的改變或旁接共振腔等在聲傳播過程引起聲阻抗的改變,產生聲能的反射與消耗,從而達到消聲目的的消聲裝置。

其主要原理是利用多孔吸聲材料來降低雜訊。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,就構成了阻性消音器。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。

阻性消音器器就好像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奸、對低頻消聲效果較差。

阻性消聲器形式種類很多,目前用在機房低雜訊工程上的主要由直管式消聲器和片式消聲器兩種。其消聲效能主要與通道形式、長度及吸聲材料的效能有關。

直管式消聲器是阻性消聲器中最簡單的一種。

2.1、正確合理選擇阻性消聲器的結構形式

對大風量大尺寸進排風要求場合宜選用片式消聲器,對消聲量要求較高,風壓餘量較大的進排風場合宜選用折板式或多室式消聲器,對確少安裝空間的場合可選用百頁式消聲器。

2.2、正確選用阻性吸聲材料

選擇阻性消聲器內的多孔吸聲材料除了應滿足吸聲效能要求之外,還應注意防潮、耐濕、耐氣流沖刷及淨化等工藝要求。通常採用離心玻璃棉和礦棉作為吸聲材料,如有淨化及防纖維吹出要求,則可採用阻燃聚氨脂聲學泡沫塑料,對某些地下工程磚砌風道消聲,則可選用膨脹珍珠岩吸聲磚作為阻性吸聲材料。

2.2.1 合理確定阻性消聲器內吸聲層的厚度及密度

對於一般阻性直管式及片式消聲器的吸聲片厚度宜為50~100mm,對於低頻雜訊成分較多的管道消聲,則消聲片厚度可取150~200mm,而靠消聲器外殼的吸聲層厚度一般可取消聲片厚度的一半;為減少阻塞比,增加氣流通道面積,也可將片式消聲器的消聲片設計成一半為厚片,一半為薄片。消聲片內的離心玻璃棉或礦棉的密度通常應選24~48kg/m3,密度大一些對低頻消聲有利。而阻燃聚氨脂聲學泡沫塑料的密度宜為30~40kg/m3。

2.2.2 合理確定阻性消聲器內氣流通道的斷面尺寸

阻性消聲器的斷面尺寸對消聲器的消聲效能及空氣動力效能均有直接關係。下表為阻性消聲器通道斷面尺寸控制值,超過該控制值,消聲器將呈高頻失效狀態。

2.2.3 合理確定阻性消聲器內消聲片的護面層材料

消聲片的護面層材料及做法應滿足不影響消聲效能及與消聲器內的氣流速度相適應兩個前提條件。最常見的護面層材料為玻璃纖維布加金屬穿孔板,玻璃纖維布一般為0.1-0.

2mm,而金屬穿孔板一般要求穿孔率≥20%,孔徑常取φ4~φ6。在工程上對有防水要求的護面層,則可在金屬穿孔板內加設一層聚已烯薄膜或pvf耐候膜,這樣一來雖對高頻吸聲有一定影響,但對低頻吸聲略有改善。

2.2.4 合理確定消聲器的有效長度

由於消聲器的實際消聲效果受聲源強度、氣流再生雜訊及末端背景雜訊的影響,在一定條件下, 消聲器的長度並不同消聲量成正比,因此必須合理確定消聲器的有效長度。一般可選擇1~2m,消聲要求較高時可選3~4m,並以分段設定為好。

2.2.5 控制消聲器內的氣流速度

對有較高安靜要求的消聲場合, 消聲器內的氣流速度應控制在5~8m/s以內。

2.2.6 改善阻性消聲器低頻效能的措施

由於阻性消聲器低頻效能較中高頻效能要差,設計中可採用加大消聲片厚度、提高多孔吸聲材料密度、在吸聲層後留一定深度的空氣層,或採用阻抗複合式消聲器等措施

δl=φ(a0)l*p/s

式中:δl為消聲量,

φ(a0)為與材料吸聲係數a0有關的消聲係數。(粗略計算時可取φ(a0)值為1)

l為消聲器有效長度

p為消聲器通道截面周長

s消聲器通道截面積

由公式可知,阻式直管式消聲器的消聲量除同吸聲材料效能有關外,還與消聲器的有效長度l及通道截面周長p成正比,而與消聲器通道截面積s成反比。因此增加有效長度l和通道周長與截面積之比p/s即可提高消聲量。當通道截面積因流量、流速要求而確定時,選擇合理的通道截面形狀,也可提高消聲效果。

3.2 片式消聲器消聲量計算公式為:

δl=2φ(a0)*l *(a+h)/a*h

式中:δl為消聲量,

φ(a0)為與材料吸聲係數a0有關的消聲係數。

l為消聲器有效長度

a消聲器通道寬度

h消聲器通道高度

3.3 阻式消聲器的上限失效頻率

當阻式直管式消聲器通道截面積較大時,如圓管直徑或方管邊長大於300mm,片式消聲器的片間距大於250mm,高頻聲波將成束狀直接通過消聲器,而很少與管道內壁面吸聲層面接觸,減少了聲吸收,降低了消聲效果。工程中將此現象稱為高頻失效,並將消聲量開始明顯下降的頻率稱為上限失效頻率,其經驗計算公式為:

f上=1.85*c/d

式中:f上為上限失效頻率

c為聲速=340(m/s)

d為通道截面的直徑(m),當通道截面為矩形時(邊長為a,h),

則d=1.13。

抗性消聲器:通過管道截面的突變處或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產生聲能的反射、干涉,從而降低由消聲器向外輻射的聲能,以達到消聲目的的消聲器。

主要適於降低低頻及中低頻段的雜訊。抗性消聲器的最大優點是不需使用多孔吸聲材料,因此在耐高溫、抗潮濕、對流速較大、潔淨要求較高的條件均比阻性消聲器好。

抗性消聲器是由突變介面的管和室組合而成的,好像是乙個聲學濾波器,與電學濾波器相似,每乙個帶管的小室是濾波器的乙個網孔,管中的空氣質素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,每乙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乙個短管時,只有在第乙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.只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雜訊,從而達到消聲的目的。抗性消聲器適用於消除中、低頻雜訊。

2.2.1、抗性消聲器的分類

抗性消聲器就是一組聲學濾波器,濾掉某些頻率成分的雜訊,達到消聲的目的。它與阻性消聲器最大的區別是沒有多孔性吸聲材料,包括共振式消聲器和擴張式消聲器等。

共振式消聲器是利用共振結構的阻抗引起聲波的反射而進行消聲。它由小孔板和共振腔構成。主要用於消除低頻或中頻窄帶雜訊或峰值雜訊。結構簡單,空氣阻力小。

擴張式消聲器又稱膨脹式消聲器,由各個擴張室與連管連線起來組成。它是利用橫斷面積的擴張、收縮引起聲波的反射與干涉來進行消聲的。其消聲效能主要取決於擴張室的擴張比和長度。

抗性消聲器主要適用於降低以中低頻雜訊為主的空氣動力性裝置雜訊,如發動機排氣雜訊等。

2.2.2、抗性消聲器的主要控制引數

抗性消聲器選用的主要控制引數是消聲量、頻譜特性、風速、風量、空氣阻力(係數)。

為防止再生雜訊的影響,消聲器空氣通道內流速應根據控制雜訊級標準的要求確定,阻性消聲器一般宜在8m/s以下,最大不應宜>12m/s。

合理確定抗性消聲器的膨脹比m值,以確定消聲器的大小,對於較大風量的管道,m值可取3~5;中等大小風管,m值可取6~8;較小的管道,則可取m值為8~15,最大不宜大於20。

合理確定抗性消聲器膨脹室及插入管的長度,以消除通過頻率,改善消聲特性。

擴張室的長徑比影響抗性消聲器的消聲頻率和特性,長徑比大,低頻效能較好,反之,高頻消聲效能改善

抗性消聲器的消聲效能主要同抗性膨脹室的膨脹比m及膨脹室的長度l有關,膨脹比決定抗性消聲器消聲量的大小,長度決定抗性消聲器的消聲頻率特性

抗性消聲器最大消聲量計算公式:

當m>5時,最大消聲量可近似由下式計算:

δlmax=20 lg m -6

與消聲量最大值相對應的峰值頻率和擴張室長度分別為:

fn=(2n+1)*c/4l

l=(2n+1)*λ/4 式中: c為聲速, λ為波長。λ= c/f

當抗性消聲器擴張室長度為四分之一波長的奇數倍時,消聲量為最大值,而當擴張室長度為二分之一波長的整數倍時,消聲量為零,其相應的頻率稱為通過頻率,通過頻率和相應的擴張室長度分別為:

fn=n*c/2l

l=n*λ/2

由於單節抗性消聲器有許多通過頻率的缺點,因此在工程應用上常採用內接插入管及多節擴張室串聯的方法,以消除通過頻率。如當插入管長度為1/2擴張室長度時,可消除1/2長的奇數倍通過頻率,當另一端插入管長度為1/4擴張室長度時,則可消除1/2長的偶數倍通過頻率。

由抗性消聲器消聲量公式可知,消聲量隨膨脹比m值的增大而提高,但當m值過大時,膨脹室截面積也較大,此時,也會如阻性消聲器一樣產生抗性消聲器高頻失效現象,使消聲量顯著降低。一般情況下,為了保證一定的消聲效果,消聲器的膨脹比應大於4。

本標準規定了內燃機的排氣消聲器的試驗方法

本標準適用於公司的中小功率覆蓋的所有機型。

2.1消聲器的定義:

消聲器:

為具有吸聲襯裡或特殊形式的氣流管道,可有效地降低氣流雜訊的裝置。

2.2消聲器有三方面基本要求:

1)較好的消聲頻率特性(聲學效能)。

2)空氣阻力損失小(空氣動力學效能)。

3)結構簡單、壽命長,體積小,造價低(結構效能)。

2.3消聲器消聲效能的常用指標如下:

1)傳聲損失:為入口與出口聲功率級的差。(評價效果好,較難測量)

2)末端聲壓級差:為入口與出口聲壓級的差。(誤差大,容易測量)

3)插入損失:在系統某處,有無消聲器時聲壓級的差。(較實用)

4)每公尺消聲量:是沿消聲管道中,每公尺的消聲量db。(比較常用

插入損失:消聲器的插入損失為裝配消聲器前後,通過排氣口輻射聲功率級之差。符號:d,單位db。

功率損失比:消聲器的功率損失比為內燃機標定工況下,使用消聲器前後的功率差值和沒有使用消聲器時功率值的百分比。符號:r

注:內燃機排氣消聲器一般包括從消聲器進氣口開始的整個消聲器部件,不包括內燃機排氣管和排氣岐管。

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