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噪声污染及其控制方案

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                                           噪声污染降噪及其控制技术方案

第一节  概述

第二节  声学基础

第三节  噪声的评价和标准

第四节  噪声控制技术——吸声

第五节  噪声控制技术——隔声

第六节  噪声控制技术——消声

第七节  噪声控制技术——有源噪声控制简介

 ()消声原理

消声器:允许气流通过,又能有效阻止或减弱噪声向外传播的装置。

性能:优良的消声器可使气流噪声降低2040dB(A)

种类:按其消声机理和结构大致可分为

1.对消声器的要求

1)消声量大

正常工况下,在所要求的频带范围内应有足够大的消声量

2)压力损失小

对气流阻力小,压力损失要    控制在允许的范围内,不影  响设备的正常工作。

3)适应性广

材质耐用,耐高温、耐腐蚀、耐       潮湿、耐粉尘,结构简单、体积小、重量轻,便于制作安装和维修。

4)外形美观

外形美观大方,表面装饰应与设备总体相协调

()阻性消声原理  

阻性消声器:利用吸声材料消声的吸收型消声器。吸声材料相当于电阻,故称阻性消声器。

原理:将吸声材料固定在

  气流通道内,利用声波在多孔吸声材料中传播时,因摩擦阻力和粘滞阻力将声能转化为热能,达到消声的目的。

()阻性消声器的结构形式

1.单通道直管式消声器

4.声流式消声器

结构:将折板式的折角变为平滑弧形板。

原理:当声波通过时,增加反射次数,并对某些频率的声波产生吻合振动,从而改善吸声性能。

特点:可使气流较为通畅地通过,达到高消声、低阻损的要求。

5.蜂窝式消声器

结构:若干个小型直管消

  声器并联而成,形似蜂窝。

原理:小型管道的周长与截面积之比值P/S比直管式和片式大,所以消声量较高。

特点:小管的尺寸很小,使上限失效频率大大提高,改善了高频消声特性。

计算:一个小型直管消声器的消声量就可以表示整个消声器的消声量。

6. 消声弯头

结构:在弯管壁面衬贴吸声材料。其形式有圆管弯头、矩形管弯头、圆弧形弯头和直角形弯头等。

原理:消声弯头能改变管道内气流的方向。

特征参数:

弯头上衬贴吸声材料的长度,一般相当于管道截面尺寸的24倍。

弯头的插入损失大致与弯折角度成正比,如30°弯头

的插入损失仅为90°弯头的1/3

对于无规则入射,180°弯头的减噪量约为90°弯头的1.5倍。

 ()阻性消声器性能的影响因素

1. 频率的影响

高频失效:在一定截面积的气流通道中,当入射声波的频率高至一定限度时,由于方向性很强而形成“光束状”传播,很少接触贴附的吸声材料,消声量明显下降的现象。

上限失效频率    :产生高频失效所对应的频率。

2. 结构的影响   

阻性消声器结构设计时,在高频失效频率附近采取下述办法可显著提高高频消声效果。

小风量细管道可选用直管式;较大风量粗管道须采用多通道形式。

消声器通道中加装消声片或将消声器设计成片式、折板式、蜂窝式或弯头式等,可提高中高频消声效果。

问题?

对低频效果不明显;

通道过多或出现弯曲,会显著增加阻力损失,使消声器的空气动力性能下降。

3. 气流的影响

气流再生噪声:高速气流经过消声器时因局部阻力和摩擦阻力形成湍流产生的噪声。

辐射噪声:高速气流激发消声器构件振动

倍频带的气流再生噪声的声功率

气流再生噪声的大小主要取决于气流的速度和消声器的结构。气流速度增加,声功率提高,使消声量减少,当气流速度高到一定程度时,消声量变为负值,此时消声器失去消声作用。

所以消声器的设计不应使气流的流速过高,否则不仅消声器的性能受到影响,而且空气动力性能也会变差。

3抗性消声器

原理:利用声抗大小来消声。

基本类型:

与阻性消声器不同,抗性消声器不使用吸声材料,主要是利用声抗的大小来消声, 依靠管道截面的突变或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变,而产生声波的反射、干涉现象,从而降低由消声器向外辐射的声能,达到消声的目的。

特点:选择性强,适于窄带噪声和低、中频 噪声。

()扩张室消声器

扩张室消声器:抗性消声器最常用的结构形式。

单节扩张室消声器:由扩张室和连接管组成,是最基本形式。

  4. 改善消声频率特性的方法

单节扩张室消声器的主要缺点是存在许多通过频率,在通过频率处的消声量为零。

解决的方法通常有两种:

一是在扩张室内插入内接管

二是将多节扩张室串联

在扩张室内插入内接管

当插入管长度为    时,可消除式             为奇数的通过频率。

当插入管长度为   时,可消除式              为偶数的通过频率。

将二者结合,则可得到较为理想的消声效果(虚线)。

多节扩张室串联

将多节扩张室消声器串联,各室长度设计为不同数值,使各自的通过频率互相错开(如使后一节的通过频率恰好是前一节的最大消声频率),可改善整个消声频率特性,提高消声量

由于各节间的耦合现象,总消声量≠各节扩张室消声量的算术和。

在实践中,通常将上述两种方法结合使用。考虑到消声器的空气动力性,串联的腔室一般以24腔为宜。

2-42   多节扩张室串联消声器

()共振消声器

特别适合于低、中频突出的噪声,且消声量比较大

在一段气流通道的管壁上开一些小孔,使其与管外闭合的空腔相通,就构成了共振消声器

最简单的结构形式:单腔共振消声器

1.消声原理与消声量的计算

共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用,其基本原理基于亥姆霍兹共振器。

管壁小孔中的空气柱类似活塞,具有一定的声质量,密闭空腔类似于空气弹簧,具有一定的声顺,二者组成一个共振系统。

当声波传至颈口时,在声压作用下空气柱产生振动,振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换为热能耗散掉。同时,由于声阻抗的突然变化,一部分声能将反射回声源。

当声波频率与共振腔固有频率相同时,便产生共振,空气柱振动速度达到最大值,此时消耗的声能最多,消声量也就最大。

 1.消声原理与消声量的计算

当声波波长大于共振腔消声器的最大尺寸的3倍时,其共振吸收频率为

工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的,而是由多个孔组成。

注意各孔间要有足够的距离,当孔心距为小孔孔径的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,即

                             (n为孔数)

2-45给出不同情况下共振腔消声器的消声特性曲线

4阻抗复合式消声器

消声原理:阻性和抗性原理的结合。当声波波长较长时,阻抗复合后因耦合作用而相互干涉,声波的衰减机理极复杂,难以确定简单的定量关系。

消声量:应用中,由试验或实测确定。

阻性-扩张室复合消声器

可在低中高频范围内获得良好的消声效果消声值20dBA用在风机进出口上。

阻性-共振腔复合消声器

在低中高频的宽广范围有较好的消声性能消声值2030dBA消除压缩机噪声

5微穿孔板消声器

(一)消声原理

原理:利用微穿孔板吸声结构制成的一种高声阻、低声质量新型消声器,是阻抗复合式消声器的一种特殊形式。

由理论分析可知

声阻与穿孔板上的孔径成反比。与一般穿孔板相比,微穿孔板吸声结构由于孔很小,所以声阻就大得多,从而提高了结构的吸声系数

低穿孔率降低了其声质量,使吸声频带宽度得到展宽,同时微穿孔板后面的空腔能够有效地控制共振吸收峰的位置。

结构:在厚度小于1mm的金属板上钻许多孔径为

        0.51mm的微孔,穿孔率一般为1%3%,   

        孔板后留有一定的空腔,构成微穿孔板吸声

        结构。

(一)消声原理

 单层管式消声器是最简单的微穿孔板消声器,是一种共振式吸声结构。

 ()消声器设计程序和要求

1)根据相关环境保护和劳动保护标准,适当考虑设备具体条件,合理确定实际所需的消声量,分析噪声源的频谱特性。

2)根据气流流量和噪声源的频谱特性选定消声器的结构形式。

高频噪声选择阻性消声器

中低频噪声选择抗性消声器;

抗性消声器的结构形式较多,可根据需要消声的频带范围,组合消声器的腔室。

 1.阻性消声器的设计

设计步骤

1)根据气流流量和流速,计算所需要的通道截面,并由此来选定阻性消声器的形式。

2)选用吸声材料。  

3)选用护面结构。

4)根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。

设计步骤

 1)根据气流流量和流速,计算所需要的通道截面,并由此来选定阻性消声器的形式。

一般认为,当气流通道截面的当量直径小于300mm,可选用单通道直管式当直径在300500mm时,可在通道中加设一片吸声 层或吸声芯;

当通道直径大于500mm时,则应考虑把消声器设计成片式、蜂窝式或其它形式。

消声器长度由噪声源的强度和降噪现场要求来决定,并考虑所允许的安装空间尺寸,一般为13m

2)选用吸声材料。

一般应考虑吸声频率范围、吸声系数的大小、吸声材料厚度;同时还要考虑消声器的使用环境,在高温、潮湿、有腐蚀性气体等特殊环境中,应考虑吸声材料的耐热、防潮、抗腐蚀性能。

3)选用护面结构。

阻性消声器中的吸声材料是在气流中工作的,必须选用护面结构固定起来。常用的护面结构有玻璃布、穿孔板或铁丝网等。如果选取护面不合理,吸声材料会被气流吹跑 或使护面结构激起振动,导致消声性能下降。护面结构形式主要由消声器通道内的气流速度 决定,见表2-21所示。

2-21   不同流速条件下的护面结构

设计步骤

4)根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。

设计步骤

4)根据“高频失效”和气流再生噪声的影响验算消声效果。

1)扩张室消声器的设计

① 根据声源的频谱特性,合理分布最大消声频率,据此确定各节扩张室及其插入管的长度。插入管的长度一般按1/41/2腔长设计。

② 根据需要的消声量和气流速度,确定扩张比,设计扩张室各部分截面尺寸。一般扩张比m9m16,在允许的范围内,尽量选用较大的,但最大不宜大于20

③ 验算所设计的扩张室消声器的上、下限截止频率是否在所需要的频率范围以外,否则应参照有关要求重新修改设计方案。验算气流对消声量的影响,检查在给定的气流速度下,消声量是否还能满足要求,否则应重新设计,直到满足为止。

2)共振消声器的设计

①根据实际消声要求,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);

②用公式(2-185)或查表计算,求出相应的K

③根据K值确定相应的传导率G、消声器体积VS,使之达到K值的要求。

④根据体积V和传导率G设计消声器的具体结构尺寸。对某一确定的V值,可以有多种不同的共振腔形状和尺寸,对某一确定的G值也有多种的孔径、板厚和穿孔数的组合。在实际设计中,应根据现场条件和所用的板材,首先确定几个量,如板厚、孔径和腔深等,然后再设计其它参数。