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噪聲的降噪防治技術工程

詳細描述

噪聲的降噪防治技術工程

目錄

第一章 緒論 1

1.1  噪聲 1

1.1.1  噪聲的定義 1

1.1.2  噪聲的類型 1

1.1.3  噪聲的特征 1

1.1.4  噪聲的危害 1

1.2 噪聲控制技術 1

1.2.1噪聲控制技術手段一:在聲源處抑制噪聲 2

1.2.2噪聲控制技術手段二:在聲傳播途徑中的控制 2

1.2.3噪聲控制技術手段三:接收器的保護措施 3

1.3噪聲測試技術 3

1.4對人體的影響和危害 4

第二章噪聲計算 4

第三章噪聲的防治技術 4

3.1吸聲 4

3.1.1吸聲材料 5

3.1.2多孔吸聲材料 6

3.2吸聲結構 8

3.2.1薄板共振吸聲結構 8

3.3隔聲 10

3.3.1隔聲原理、隔聲量與透聲系數 10

3.3.2單層均勻結構的隔聲性能 11

3.3.3雙層結構的隔聲 13

3.3.4多層復合板隔聲 15

3.3.5隔聲間 15

3.3.6隔聲罩 18

3.3.7隔聲屏 19

第四章 消聲器 21

4.1 消聲器分類 21

4.2 消聲器性能評價 22

4.3 阻性消聲器 23

4.3.1 單通道直管式阻性消聲器 24

4.3.2 片式消聲器 25

4.3.3 折板式、聲流式、蜂窩式消聲器 25

4.3.4 氣流對阻性消聲器聲學性能的影響 26

4.3.5 氣流再生噪聲對消聲器聲學性能的影響 27

4.3.6 阻性消聲器的設計 27

4.4 抗性消聲器 28

4.4.1原理 28

4.4.2 擴張室消聲器設計 32

4.5 共振腔消聲器 33

4.5.1原理 33

第五章振動防治技術 37

5.1振動公害的特點與評價 37

5.1.1振動公害的特點 37

5.1.2振動評價 37

5.1.3隔振的測量 38

5.2振動控制的基本方法 38

5.2.1隔振技術 38

5.2.2阻尼減振技術 41

5.3 質量平衡和動力吸振器 41

5.3.1質量平衡 41

5.3.2動力吸振器 41

第六章電磁輻射污染治理技術 42

6.1電磁污染源種類 42

6.2 電磁污染的傳播途徑 42

6.3 防治電磁輻射的基本方法 42


第一章 緒論1.1  噪聲1.1.1  噪聲的定義

最早的噪聲定義:出自《說文》和《玉篇》,“擾也,群呼煩擾也”; 物理學觀點:噪聲是指各種頻率和聲強雜亂無序組合的聲音。心理學觀點:凡是人們不需要的聲音都稱之為噪聲。醫學觀點:醫學上認為超過60分貝的聲音是噪聲。

1.1.2  噪聲的類型

按噪聲的影響分:過響聲、妨礙聲、不愉快聲、無影響聲。按噪聲的產生機理分:機械噪聲、空氣動力性噪聲、電磁性噪聲和電聲性噪聲。按噪聲的來源分:工業生產噪聲、交通運輸噪聲、建筑施工和社會生活噪聲。

1.1.3  噪聲的特征

感覺性、局部性、暫時性、危害慢性

1.1.4  噪聲的危害

危害一:噪聲對聽力的影響: 聽力損失:國際標準化組織規定,是用500、1000、2000Hz的聽力損失的平均值來表示,聽力損失用聽力閾級來衡量的。聽力閾級:是指耳朵可以覺察到的純音聲壓級。聲疲勞(暫時性聽力閾移)、噪聲性耳聾(永久性聽力閾移)、暴振性耳聾(急性噪聲性耳聾)

與噪聲性聽力損有關的因素:噪聲的強度;頻率;接觸時間。

聽   力

情   況

正 常

基 本

正 常

輕 度

耳 聾

中 度

耳 聾

重 度

耳 聾

聽力損失

dB (A)

<15

15-25

25-40

40-65

>65

 

危害二:噪聲對睡眠的影響。

危害三:對人體的生理影響:可以誘發疾病。高血壓、心臟;消化系統方面的疾;神經系統方面的疾。ㄊ、疲勞、頭暈、記憶力衰退、神經衰弱);傷害視覺功能;對血液成分造成影響;對兒童的智力發育造成影響。

危害四:噪聲對語言交談、通訊聯絡的干擾。語言清晰度:被聽懂的語言單位的百分數

      噪聲級<<語言聲級,交談不受影響;

      噪聲級=語言聲級,交談受干擾;

      噪聲級>語言聲級+10dB,談話聲被掩蔽;

      噪聲級>90dB,無法進行正常交談。

危害五:特殊噪聲損害儀器設備和建筑結構。

1.2 噪聲控制技術

圖1.2  環境噪聲污染的主要環節

1.2.1噪聲控制技術手段一:在聲源處抑制噪聲

制造低噪聲設備,對高噪聲產品規定噪聲限值標準,工程設計和設備選型采用符合要求的低噪聲設備;改進生產工藝和加工方法,降低工藝噪聲;生產管理和工程質量控制中保持良好運轉狀態,不增加不正常噪聲;工程中實際采用的高噪聲設備和設施,在投入安裝使用時,應當增加減振降噪或加裝隔聲罩等方法降低聲源噪聲。

1.2.2噪聲控制技術手段二:在聲傳播途徑中的控制

實現鬧靜分開、利用聲源的指向性降低噪聲、利用地形地物降噪、綠化降噪、利用聲學控制手段降噪。

(1)利用聲學手段降噪實例(隔聲)

北京輕軌鐵路兩側的聲屏障

隔聲窗

(2)利用聲學手段降噪實例(消聲)

放空消聲器

(3)利用聲學手段降噪實例(吸聲)

1.2.3噪聲控制技術手段三:接收器的保護措施

耳塞、防聲棉、耳罩、頭盔、隔聲崗亭

耳罩、頭盔

1.3噪聲測試技術

1.4對人體的影響和危害

生理效應:聽覺系統、心血系統、消化系統、神經系統和其他臟器的影響及危害

心理效應:煩躁

第二章噪聲計算

第三章噪聲的防治技術

3.1吸聲

  吸聲降噪是控制室內噪聲常用的技術措施。通過吸聲材料和吸聲結構來降低噪聲的技

術稱為吸聲。一般情況下,吸聲控制能使室內噪聲降低約3~5dB(A),使噪聲嚴重的車間降噪6~10dB(A)。

3.1.1吸聲材料3.1.1.1吸聲系數

  吸聲材料:能吸收消耗一定聲能的材料。

  吸聲系數:材料吸收的聲能(Eb)與入射到材料上的總聲能(Ea)之比,即

表示材料吸聲能力的大小,值在0~1之間,值愈大,材料的吸聲性能愈好;  =0,聲波完全反射,材料不吸聲;  =1,聲能全部被吸收。

吸聲系數的影響因素:

  (1)聲波頻率:同種吸聲材料對不同頻率的聲波具有不同的吸聲系數。平均吸聲系數:工程中通常采用125Hz、250 Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz六個頻率的吸聲系數的算術平均值表示某種材料的平均吸聲系數。通常,吸聲材料在0.2以上,理想吸聲材料在0.5以上。

(2)入射吸聲系數:工程設計中常用的吸聲系數有:混響室法吸聲系數 (無規入射吸聲系數);駐波管法吸聲系數 (垂直入射吸聲系數)。應用:測量材料的垂直入射吸聲系數,按下表,

換算為無規入射吸聲系數。

混響室法吸聲系數(無規入射吸聲系數) :在混響室中,使不同頻率的聲波以相等幾率從各個角度入射到材料表面,測得的吸聲系數。測試較復雜,對儀器設備要求高,且數值往往偏差較大,但比較接近實際情況。在吸聲減噪設計中采用。

  駐波管法吸聲系數(垂直入射吸聲系數):駐波管法簡便、精確,但與一般實際聲場不符。用于測試材料的聲學性質和鑒定。設計消聲器。

定義:吸聲系數與吸聲面積的乘積。                                          

  式中: A——吸聲量,m2;

          ——某頻率聲波的吸聲系數;

         S——吸聲面積,m2。

   注:工程上通常采用吸聲量評價吸聲材料的實際吸聲效果。

一般講的吸聲系數是指在混響室中測量而用賽賓混響公式算出的吸聲系數。

V-混響室體積。m3;

T-混響時間,s;

A-室內總吸聲量m2。

室內全空時測得吸聲量A0,面積為S 的吸聲材料放入后所測得的吸聲量為A1。

吸聲系數與材料的性質有關,密度小和多孔材料吸聲系數大,吸聲性能好,此外與聲波頻率也有關。①一般吸聲材料的孔隙率在70%以上。②低頻率范圍的吸聲性能隨材料厚度的增加而提高,受高頻影響不明顯。容重一定時 ( f-頻率;D-厚度) 共振吸聲系數; -為共振頻率。通常把減少到時的頻率稱為下限頻率,把頻寬稱為下頻帶寬。值通常在倍頻程內。③材料容重增加時,空隙率降低能改善低頻吸收效果.但高頻吸收效果降低。

總吸聲量:若組成室內各壁面的材料不同,則壁面在某頻率下的總吸聲量為:

   式中:Ai—第i種材料組成的壁面的吸聲量,m2;

       Si—第i種材料組成的壁面的面積,m2;

       —第i種材料在某頻率下的吸聲系數。

3.1.2多孔吸聲材料  

3.1.2.1 吸聲原理  

聲波入射到多孔吸聲材料的表面時,部分聲波反射,部分聲波透入材料內部微孔內,激發孔內空氣與筋絡發生振動,空氣與筋絡之間的摩擦阻力使聲能不斷轉化為熱能而消耗;空氣與筋絡之間的熱交換也消耗部分聲能,從而達到吸聲的目的。

3.1.2.2吸聲特性及影響因素

特性:高頻聲吸收效果好,低頻聲吸收效果差。原因:低頻聲波激發微孔內空氣與筋絡的相對運動少,摩擦損小,因而聲能損失少,而高頻聲容易使振動加快,從而消耗聲能較多。所以多孔吸收材料常用于高中頻噪聲的吸收。

3.1.2.3吸聲性能的影響因素

(1) 厚度對吸聲性能的影響 

同種材料,厚度增加一倍,吸聲最佳頻率向低頻方向近似移動一個倍頻程, 厚度越大,低頻時吸聲系數越大;>2000Hz,吸聲系數與材料厚度無關;增加厚度,可提高低頻聲的吸收效果,對高頻聲效果不大。理論證明,若吸聲材料層背后為剛性壁面,最佳吸聲頻率出現在材料的厚度等于該頻率聲波波長的1/4處。使用中,考慮經濟及制作的方便,對于中、高頻噪聲,一般可采用2~5cm厚的成形吸聲板;對低頻吸聲要求較高時,則采用厚度為5~10cm的吸聲板。

(2) 孔隙率與密度

孔隙率:材料內部的孔洞體積占材料總體積的百分比。一般多孔吸聲材料的孔隙率>50%;孔隙率增大,密度減小,反之密度增大;一種多孔吸聲材料對應存在一個最佳吸聲性能的密度范圍。

討論:密度太大或太小都會影響材料的吸聲性能。若厚度不變,增大多孔吸聲材料密度,可提高低中頻的吸聲系數,但比增大厚度所引起的變化小,且高頻吸收會有所下降。

(3) 空腔對吸聲性能的影響

空腔:材料層與剛性壁之間一定距離的空氣層;吸聲系數隨腔深D(空氣層)增加而增加;空腔結構節省材料,比單純增加材料厚度更經濟。多孔材料的吸聲系數隨空氣層厚度增加而增加,但增加到一定厚度后,效果不再繼續明顯增加。當腔深D近似等于入射聲波的1/4波長時,吸聲系數最大。當腔深為1/2波長或其整倍數時,吸聲系數最小。一般推薦取腔深為5~10cm。天花板上的腔深可視實際需要及空間大小選取較大的距離。

(4) 護面層對吸聲性能的影響

實際使用中,為便于固定和美觀,往往要對疏松材質的多孔材料作護面處理。

護面層的要求:

(a) 良好的透氣性;

(b) 微穿孔護面板穿孔率應大于20%,否則會影響高頻吸聲效果;

(c) 透氣性較好的紡織品對吸聲特性幾乎沒有影響。

(d) 對成型多孔材料板表面粉飾時,應采用水質涂料噴涂,不宜用油漆涂刷,以防止涂料封閉孔隙。 

(5) 使用環境對吸聲性能的影響

3.2吸聲結構3.2.1薄板共振吸聲結構

原理:聲波入射引起薄板振動,薄板振動克服自身阻尼和板-框架間的摩擦力,使部分聲能轉化為熱能而耗損。當入射聲波的頻率與振動系統的固有頻率相同時,發生共振,薄板彎曲變形最大,振動最劇烈,聲能消耗最多。

結構:

①薄板共振吸聲結構

    用不透氣的薄板,四周固定,并在背后留一定厚度的空氣層組成,具有較強的頻率選擇性;一般應使吸聲結構的共振頻率 接近要吸收的聲波頻率。

             

m-單位面積板的重量,kg/m2;

D-板后空氣層的厚度,cm;

可在空氣層中填多孔吸聲材料,改善吸聲效果。通常取薄板厚度3~6mm,空氣層厚度3~10mm,共振頻率多在80~300Hz之間,故一般用于低頻吸聲;吸聲頻率范圍窄,吸聲系數不高,約為0.2~0.5。

②穿孔板共振吸聲結構

具有開口的空腔

共振頻率:

       C-空氣中的聲速,340m/s;

V-共振腔體積,m3;

G-傳導率,m。

    

d-共振腔開口直徑,m;

L-共振腔孔頸長度,m。 

單個共振吸聲器頻率選擇性很強,吸聲頻率很窄,為了改善其頻率特性,由穿孔板組合成共振吸聲結構:

P-穿孔率;%

D-穿孔板后空氣厚度,m;

d- 頸的有效長度,m;

當d>t(板厚)時:

LK=t+0.8d

當空腔內壁貼多孔材料時LK=t+1.2d, 由實驗測得;當>0.5,吸收的頻帶寬度為:

-共振波長。

金屬薄板,微孔結構。

③空間吸聲體

吸聲體懸掛,正背面吸聲。懸掛面積.天花板面積的35-40%或房間內面積的20%.懸掛高度的凈空高度。

改善薄板共振吸聲性能的措施:

3.3隔聲3.3.1隔聲原理、隔聲量與透聲系數

  

聲波在空氣中傳播,入射到勻質屏蔽物時,部分聲能被反射,部分被吸收,還有部分聲能可以透過屏蔽物。設置適當的屏敝物可阻止聲能透過,降低噪聲的傳播。具有隔聲能力的屏蔽物稱作隔聲構件。如隔聲墻、隔聲屏障、隔聲罩、隔聲間。采用適當的隔聲措施一般能降低噪聲級15dB~20dB。

3.3.1.1隔聲量

定義:透射聲聲強(Ii)與入射入射聲強(It)的比值,

3.3.1.2隔聲系數

意義:表示隔聲構件本身透聲能力的大小。又稱作傳聲系數或透射系數。通常所指的是無規則入射時各入射角度透聲系數的平均值。

3.3.1.3插入損失(IL)

定義:離聲源一定距離某處測得的隔聲構件設置前、后的聲功率級之差。

插入損失通常在現場用來評價隔聲罩、隔聲屏等構件的隔聲效果。

隔聲墻:板狀或墻狀的隔聲構件。

單層隔聲墻:僅有一層墻板。

雙層或多層隔聲墻:有兩層或多層墻板,層間有空氣或其它材料

3.3.2單層均勻結構的隔聲性能

根據隔聲頻率的曲線,隨頻率升高分為四個區。

①勁度控制區,隔離頻率很低的噪聲,隔聲量隨頻率的升高而降低;

②阻尼控制區:隨頻率增高質量效應增大, 阻尼大,隔聲量大,在某些頻率處發生共振,隔聲量出現低谷;

③質量控制區: 結構的面密度( )越大, 隔聲量越大;  

④吻合效應和質量控制延續區,此區的臨界頻率 處發生共振,隔聲出現低谷。

C-聲速,m/s;

  -板的厚度,m;

    m-構件的密度,kg/m2;

     E-板的彈性模量 ,N/m2;

幾種常用材料的密度和彈性模量

單層勻質墻的隔聲量公式建立條件為:

(1)聲波垂直入射到墻上;

(2)墻將空間分成兩個半無限大空間,且墻的兩側均為通常狀況下的空氣;

(3)墻為無限大,即不考慮邊界的影響;

(4)將墻視為一個質量系統,即不考慮墻的剛性、阻尼;

(5)墻上各點以相同的速度振動。

   從透聲系數的定義及平面聲波理論,可以導出單層墻在質量控制區的聲波垂直入射時的隔聲量計算公式:

—空氣密度,kg/m3,常溫下取1.2㎏/m3。

實際:

平均隔聲量

  工程估算單層墻對各頻率的平均隔聲量的經驗公式,按主要的入射聲頻率100~3200Hz范圍內對隔聲量求平均值。下式計算值和工程實測值良好一致。

3.3.3雙層結構的隔聲3.3.3.1雙層隔聲墻的隔聲原理

增加墻的厚度或面密度,可增加隔聲量,但不經濟,隔聲效果也不理想。若將墻一分為二,中間夾一定厚度的空氣層,墻的總質量不變,但隔聲效果比單層實心結構好得多,經濟。

雙層隔聲墻:兩層墻體間夾一定厚度的空氣層。

隔聲原理:空氣與墻板特性阻抗不同,當聲波透過第一墻時,聲波經空氣與墻板兩次反射衰減,且空氣層的彈性和附加吸收作用增強聲能衰減;聲波傳至第二墻,再經兩次反射,透射聲能再次衰減,總透射損失更大。

      在兩個單層結構中間留出空氣間隙,或在間隙中填充一些吸聲材料,同樣重量時,雙層隔聲量比單層大5~10分貝。同樣隔聲量情況下,雙層重量比單層結構減少。

質量-彈簧-質量系統

共振頻率:

m1、m2  -兩層面密度,kg/m2;

d-空氣層厚度,cm;

-空氣密度,kg/m3;

在共振頻率下隔聲量幾乎為零。

隔聲量:

R1、R2-每層的隔聲量,

M-與雙層結構等重的單層結構的面密度。

(C0 =340m/s標準狀態下空氣中的聲速)

隔聲量的實際估算

工程估算雙層墻隔聲量的經驗公式:

平均隔聲量估算的經驗公式:

—空氣層附加隔聲量

3.3.3.2雙層墻的隔聲特性曲線

雙層隔聲墻相當于一個由兩層墻體與空氣層組成的振動系統;

當入射聲波頻率比雙層墻共振頻率低時,雙層墻板將作整體振動,此時空氣層不起作用,隔聲能力與同樣重量的單層墻沒有區別; 當入射聲波達到共振頻率時,隔聲量出現低谷; 超過  以后,隔聲曲線以每倍頻程18dB的斜率急劇上升,充分顯示出雙層墻結構的優越性;隨著頻率升高,兩墻板間會產生一系列駐波共振,使隔聲特性曲線上升趨勢轉為平緩,斜率為12dB倍頻;進入吻合效應區后,在臨界吻合頻率處又出現一隔聲量低谷;雙層墻的與吻合效應狀況取決于兩層墻的臨界吻合頻率。 雙層墻隔聲性能較單層墻優越的區域主要在共振頻率   以后,故在設計中盡量將移往人們不敏感的頻率區域。

3.3.4多層復合板隔聲

多層復合板是由幾層面密度或性質不同的板材組成的復合隔聲構件。通常用金屬或非金屬的堅實薄板做面層,內側覆蓋阻尼材料,或填入多孔吸聲材料或空氣層等組成。多層復合板質輕和隔聲性能良好,廣泛用于多種隔聲結構中,如隔聲門(窗)、隔聲罩、隔聲間的墻體等。

3.3.5隔聲間

隔聲間(室):由不同隔聲構件組成的具有良好隔聲性能的房間。

結構:封閉式與半封閉式兩種,一般多用封閉式。隔聲間除需要有足夠隔聲量的墻體外,還需設置具有一定隔聲性能的門、窗或觀察孔等。

3.3.5.1組合墻平均隔聲量計算   

組合墻:具有門、窗等不同隔聲構件的墻板。

組合墻的透聲系數:各組成部件的透聲系數的平均值,稱作平均透聲系數

組合墻的平均隔聲量:

3.3.5.2孔洞縫隙對墻板隔聲的影響

  

3.3.5.3門(窗)的隔聲和孔洞的處理

隔聲要求很高的場合,可采用雙層或多層密封門窗。在土建工程中注意磚墻灰縫的飽滿,混凝土墻的沙漿搗實。隔聲間的通風換氣口應有消聲裝置。隔聲間的各種管線通過墻體結構需打孔時,應在孔洞周圍用柔軟材料包扎封緊。

3.3.5.4隔聲間降噪計算

隔墻的噪聲衰減NR

定義:隔墻兩邊的聲壓級差為隔墻的噪聲衰減,或稱作隔墻的噪聲降低量。

設發聲室與受聲室皆為擴散聲場,則隔聲間的噪聲衰減NR為:

3.3.6隔聲罩

將噪聲源封閉在一個相對小的空間內,以減少向周圍輻射噪聲的罩狀。

隔聲罩技術簡單、投資少、隔聲效果好,主要用于控制機器噪聲,如空壓機、鼓風機、內燃機、發電機組等。兼有隔聲、吸聲、阻尼、隔振和通風、消聲等功能有密封型與局部開敞型、固定型與活動型。根據噪聲源具體要求采用適當的隔聲罩形式。隔聲罩上可設置觀察孔,可采用對流通風或強制通風散熱。隔聲罩的降噪量一般在10~40dB之間。

3.3.6.1隔聲罩的插入損失

定義:隔聲罩設置前后,同一接收點的聲壓級之差。

意義:表示隔聲罩的降噪效果 。一般采用上式作為工程上設計隔聲罩的依據。

3.3.6.2隔聲罩設計

根據現場情況進行隔聲罩結構設計,首先計算隔聲罩的插入損失。一般:固定密封型的插入損失可為30~40dB(A);活動密封型的為15~30db(A);局部敞開型的為10~20dB(A);帶通風散熱消聲器的則約為15~25dB(A)。

注意點:

 (1)隔聲罩應選用適當的材料和形狀。

 (2)用剛性輕薄材料制作時,須在壁面上加筋,涂貼阻尼層,阻尼材料層厚度通常為罩壁的2~3倍。

 (3)罩內須進行吸聲處理,表面敷設護面層。

 (4)罩內所有縫隙應密封嚴實,管線周圍應減振。

 (5)罩體與聲源設備及其機座之間不能有剛性接觸,與地面間應隔振處理。

 (6)便于操作、安裝與檢修,需要時可做成能拆卸的拼裝結構。須考慮聲源設備的通風、散熱要求,通風口應安裝有消聲器,其消聲量要與隔聲罩的插入損失相匹配。

3.3.7隔聲屏

設置在聲源與接收點之間阻斷聲波直接傳播的擋板。

3.3.7.1隔聲屏的插入損失

降噪原理:阻擋聲波直接通過并將高頻聲反射回去,在屏障后形成的聲影區內噪聲明顯降低。隔聲屏對聲影區的降噪效果通常用插入損失來衡量;隔聲屏插入損失的計算方法:算圖法;計算法。

(2)計算法  

設自由聲場中,無限長、不透聲理想隔聲屏,則其插入損失為:

隔聲屏的插入損失與路程差σ密切相關, σ愈大,IL愈大。故增高屏障,使之靠近聲源或接收點,即增加路程差時,可提高降噪效果。屏的插入損失與入射聲波長有關,波長愈長,插入損失愈低。換言之,隔聲屏對高頻聲的降噪效果優于低頻聲。

隔聲屏主要是遮擋直達聲,用于室外防止直達聲時效果明顯。在混響明顯的房間中隔聲效果不明顯,必須配合吸聲措施,靠近聲源的壁面宜首先進行妥善的吸聲處理。

在隔聲屏朝向聲源一側也往往敷貼吸聲材料;在混響明顯的房間,可在屏的兩側都敷貼吸聲材料。防治交通噪聲的隔聲屏,若表面不加吸聲材料,噪聲則會在道路兩旁的隔聲屏間多次反射,形成聲廊,并向屏障外輻射,使隔聲屏失去應有的降噪效果。

3.3.7.2隔聲屏設計要點    

(1) 隔聲屏應有足夠的高度,通常寬度大于高度,一般寬度為高度的1.5~2倍。

(2) 隔聲屏須配合吸聲處理,尤其是在混響聲明顯的場合如圖所示。

(3) 隔聲屏主要用于控制直達聲。如下圖所示,其結構簡單,形式多樣,有二邊形、三邊形、遮檐式等,能有效地防止噪聲的發散。其中帶遮檐的多邊形隔聲屏效果尤為明顯。

(4) 隔聲屏本身須有足夠的隔聲量,隔聲量最少應比插入損失高出約10dB。

(5)在隔聲要求不是太高時,可用人造革等密實的軟材料護面,中間夾以多孔吸聲材料制成隔聲簾懸掛起來。

(6)隔聲屏應適當靠近噪聲源,形式有固定式或移動式,后者可裝掃地橡皮,以減少漏聲,多塊隔聲屏并排使用時,應盡量減少各塊間接頭處的縫隙。

第四章 消聲器4.1 消聲器分類 

不同消聲器的消聲原理是不同的,消聲果也不同。

(1)阻性消聲器

一種能量吸收性消聲器,通過在氣流通過的途徑上固定多孔性吸聲材料,利用多孔吸聲材料對聲波的摩擦和阻尼作用將聲能量轉化為熱能,達到消聲的目的。阻性消聲器適合于消除中、高頻率的噪聲,消聲頻帶范圍較寬,對低頻噪聲的消聲效果較差,因此,常使用阻性消聲器控制風機類進排氣噪聲等。

(2)抗性消聲器

利用聲波的反射和干涉效應等,通過改變聲波的傳播特性,阻礙聲波能量向外傳播,主要適合于消除低、中頻率的窄帶噪聲,對寬帶高頻率噪聲則效果較差,因此,常用來消除如內燃機排氣噪聲等。

鑒于阻性消聲器和抗性消聲器各自的特點,因此常將它們組合成阻抗復合型消聲器,以同時得到高、中、低頻率范圍內的消聲效果,如微穿孔板消聲器就是典型的阻抗復合型消聲器。

4.2 消聲器性能評價

消聲器的性能評價主要采用三項指標,即:聲學性能、空氣動力性能、結構性能。

消聲器聲學性能

 消聲器的聲學性能包括消聲量的大小、消聲頻帶范圍的寬窄兩個方面。設計消聲器的目的就是要根據噪聲源的特點和頻率范圍,使消聲器的消聲頻率范圍滿足需要,并盡可能地在要求的頻帶范圍內獲得較大的消聲量。  消聲器的聲學性能可以用各頻帶內的消聲量來表征。通常有四種度量方法:傳聲損失 、末端降噪量 、插入損失和聲衰減。

傳聲損失:定義為消聲器進口的噪聲聲功率級與消聲器出口的噪聲聲功率級的差值。它是從結構的隔聲性能的角度,用透射損失來反映構件的消聲量,傳遞損失的數學表達式為:

消聲器的傳聲損失是消聲器本身所具有的特性,它受聲源與環境的影響較小。實際工程測試中,由于聲功率級難以直接測得,因此通常通過測量消聲器前后截面的平均聲壓級,再按下式計算獲得:

末端減噪量:也稱末端聲壓級差,它是指消聲器輸入端與輸出端的聲壓級之差。即:測量消聲器進口端面的聲壓級 與出口端面的聲壓級 ,以兩者之差代表消聲器的消聲量。

利用末端聲壓級之差來表示消聲值的方法,不可避免地包含了反射聲的影響,這種測量方法易受環境的影響而產生較大的誤差,因此適合在試驗臺上對消聲器性能進行測量分析,而現場測量則很少使用。

插入損失

根據系統之外測點的測試結果經計算獲得的,實際操作中,在系統之外分別測量系統接入消聲器前后的聲壓級,二者之差即為插入損失。

聲衰減

聲學系統中任意兩點間聲功率級之差,反映了聲音沿消聲器通道內的衰減特性,以每米衰減的分貝數 (dB) 表示。從而得到消聲器內聲壓級與距離的函數關系,以求得該消聲器的總消聲量。聲衰減量能夠反映出消聲器內的消聲特性及衰減過程,能避免環境對測量結果的干擾。

消聲器分類

不同消聲器的消聲原理是不同的,消聲效果也不同 。消聲器的消聲原理是不同的,消聲效果也不同 。

阻性消聲器

一種能量吸收性消聲器,通過在氣流通過的途徑上固定多孔性吸聲材料,利用多孔吸聲材料對聲波的摩擦和阻尼作用將聲能量轉化為熱能,達到消聲的目的。阻性消聲器適合于消除中、高頻率的噪聲,消聲頻帶范圍較寬,對低頻噪聲的消聲效果較差,因此,常使用阻性消聲器控制風機類進排氣噪聲等。

抗性消聲器

利用聲波的反射和干涉效應等,通過改變聲波的傳播特性,阻礙聲波能量向外傳播,主要適合于消除低、中頻率的窄帶噪聲,對寬帶高頻率噪聲則效果較差,因此,常用來消除如內燃機排氣噪聲等。

鑒于阻性消聲器和抗性消聲器各自的特點,因此常將它們組合成阻抗復合型消聲器,以同時得到高、中、低頻率范圍內的消聲效果,如微穿孔板消聲器就是典型的阻抗復合型消聲器。

空氣動力性能

消聲器的空氣動力性能是評價消聲性能好壞的另一項重要指標,它反映了消聲器對氣流阻力的大小。消聲器的空氣動力性能用阻力系數或阻力損失來表示。 阻力系數是指消聲器安裝前后的全壓差與全壓之比,對于確定的消聲器,其阻力系數為定值。阻力系數的測量比較麻煩,一般只在專用設備上才能測得。

阻力損失,簡稱阻損,是指氣流通過消聲器時,在消聲器出口端的流體靜壓比進口端降低的數值。很顯然,一個消聲器的阻損大小是與使用條件下的氣流速度大小有密切關系的。消聲器的阻損能夠通過實地測量求得,也可以根據公式進行估算。阻損分兩大類,一類是摩擦阻力,另一類是局部阻力。

消聲器總的阻力損失,等于摩擦阻損與局部阻損之和 。

結構性能

消聲器結構性能是指它的外形尺寸、堅固程度、維護要求、使用壽命等,它也是評價消聲器性能的一項指標。 好的消聲器除應有好的聲學性能和空氣動力性能之外;還應該具有體積小、重量輕、結構簡單、造型美觀、加工方便、同時要堅固耐用、使用壽命長、維護簡單和造價便宜等特點。 評價消聲器的上述三個方面的性能,既互相聯系又互相制約。從消聲器的消聲性能考慮,當然在所需頻率范圍內的消聲量越大越好;但是同時必須考慮空氣動力性能的要求。

4.3 阻性消聲器 

阻性消聲器的消聲原理,就是利用吸聲材料的吸聲作用,使沿通道傳播的噪聲不斷被吸收而逐漸衰減。

把吸聲材料固定在氣流通過的管道周壁,或按一定方式在通道中排列起來,就構成阻性消聲器。當聲波進入消聲器中,會引起阻性消聲器內多孔材料中的空氣和纖維振動,由于摩擦阻力和粘滯阻力,使一部分聲能轉化為熱能而散失掉,就起到消聲的作用。阻性消聲器應用范圍很廣,它對中高頻范圍的噪聲具有較好的消聲效果。

4.3.1 單通道直管式阻性消聲器 

      單通道直管式消聲器是最基本的阻性消聲器,它的特點是結構簡單、氣流直通、阻力損失小、適用于流量小的管道消聲。

 

常用的分析理論主要有一維理論和二維理論。 一維理論基于一維平面波的假設,即認為管道中傳播的聲波是沿著管道長度方向傳播的,常用的計算公式有很多,但就其起源而言只有兩個:一是別洛夫公式,二是賽賓公式,其他公式大都是從這兩個公式派生出來的。

別洛夫公式的假定條件是:吸聲材料的聲阻遠大于聲抗。

別洛夫公式:

    

-消聲系數;

P-通道橫截面周長,m;

S-氣流通道橫截面積,m2;

L-通道吸聲材料的長度, m。

賽賓公式 :

按上述方法計算出的消聲量往往高于實際能達到的消聲量,特別是當消聲量較大時,兩者的偏差更大。這是由于消聲系數 是在特定條件下獲得的,使用起來有以下幾方面的問題需要注意:

① 從能量關系導出消聲系數時,假定同一截面上聲壓或聲強近似,但實際上往往不是這樣。噪聲在消聲器管道內傳播時,如果壁面吸收很厲害,則在同—截面上的聲壓和聲能不能均勻分布,周壁的吸收作用不能充分發揮。因此,對于高吸收情況,即吸聲系數較大時,利用公式 計算的消聲量高于實際消聲量。

② 在推導消聲系數時,假定吸聲材料的聲阻抗率為純阻,即聲抗為 0 。實際上吸聲材料的聲阻抗應是復數,即消聲系數應由聲阻抗率的聲阻與聲抗兩部分共同決定。由于忽略了聲抗部分的影響,也會導致計算出的消聲值比實際值偏高。

③ 工程實際中還有許多其它因素干擾,例如消聲器通道中的氣流速度、環境噪聲、側向傳聲等都會使現場得到的消聲值比公式 計算出的消聲值偏低。

消聲器的通道截面不宜太大。如果太大時,高頻聲的消聲效果顯著下降。前面提到過的消聲量計算公式都是在平面波的條件下推導出來的。也就是說聲波在消聲器中同一截面上各點聲壓或聲強是近似相等的。如果消聲

器通道截面過大,當聲波頻率高到一定數值時聲波將以窄束狀通過消聲器,而很少或根本不與吸聲材料飾面接觸。因此,消聲器的消聲效果明顯下 降。當聲波波長小于通道截面尺寸的一半時,消聲效果便開始下降,相應的頻率被稱作“高頻失效頻率”。

高頻失效頻率的經驗估算式 :

式中 c 為聲速; D為消聲器通道截面邊長,圓形通道的 D就是截面直徑。 當頻率高于失效頻率以后,每增加一個倍頻帶,其消聲量約比在失效頻率處的消聲量下降 1/3 。由于D的增大,高頻消聲效果將顯著降低。為了在通道截面較大的情況下也能在中高頻范圍獲得好的消聲效果;通常采取在管道中加吸聲片或設計成另外的結構形式。如果通道管徑大于300毫米而小于500毫米時,可在通道中間設置幾片吸聲層或一個吸聲圓柱;如果通道尺寸大于500 毫米 ,就要設計成彎頭式、蜂窩式、片式、折板式、聲流式和迷宮式等結構。

4.3.2 片式消聲器

由于把通道分成若干個小通道,每個小通道截面小了,就能提高上限失效頻率;同時,因為增加了吸聲材料飾面表面積,則消聲量也會相應增加。 設計片式消聲器時,每個小通道的尺寸都相同,這樣,其中一個通道的消聲頻率特性也就代表了整個消聲器的消聲特性。它的消聲量可用下式計算 :

l—消聲器的有效長度 m

a—氣流通道的寬度(相鄰兩片之間的距離) m

4.3.3 折板式、聲流式、蜂窩式消聲器 

為了提高其高頻消聲性能,把直片做成折彎狀,這樣能增加聲波在消聲器內反射次數,即增加吸聲層與聲波的接觸機會,從而提高消聲效果。為了減小阻損,其折角做得小一些為好。

聲流式消聲器是由折板式消聲器改進的,這種消聲器把吸聲層制成正弦波形。當聲波通過時,增加反射次數,故能改善消聲性能 。

蜂窩式消聲器是由許多平行的小直管式消聲器并聯而成。但由于它是多個通道并聯,而且每個通道的尺寸基本相同,即每個通道消聲特性一樣,因此蜂窩式消聲器的消聲量只算其中的一個小管即可。蜂窩式消聲器的消聲量可用下公式獲得。

彎頭消聲器

迷宮式消聲器

        —吸聲材料的吸聲系數;

    S1—吸聲材料的表面積;

S2—消聲器的進(出)口截面積。

4.3.4 氣流對阻性消聲器聲學性能的影響 

氣流對消聲器聲學性能的影響,主要表現在兩個方面:一是氣流的存在會引起聲傳播和聲衰減規律的變化;二是氣流在消聲器內產生一種附加噪聲,稱為氣流再生噪聲。

有氣流時的消聲系數的近似公式如下 :

          由公式看出,氣流速度大小與方向不同,導致氣流對消聲器性能的影響程度也不同。當流速高時,馬赫數 值大,氣流對消聲器的消聲性能的影響就越厲害;當氣流方向與聲

傳播方向一致時,馬赫數 值為正,上式中的消聲系數將變;當氣流方向與聲傳播方向相反時,馬赫數 值為負,消聲系數會變大。順流與逆流相比,逆流有利于消聲。

氣流在管道中的流動速度并不均勻,同一截面上,管道中央流速最高,接近管壁處流速就近似為零,逆流時正好相反。 根據聲折射原理,聲波要向管壁彎曲,對阻性消聲器來說,由于周壁襯貼有吸聲材料,所以順流時恰好聲能被吸收;而在逆流時,聲波要向管道中心彎曲,因此對阻性消聲器的消聲是不利的。

4.3.5 氣流再生噪聲對消聲器聲學性能的影響

由于氣流與消聲器結構的相互作用,還會產生氣流再生噪聲。氣流再生噪聲疊加在原有噪聲上,會影響消聲器實際使用效果。 氣流再生噪聲的產生機理:一是氣流經過消聲器時,由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流,相應地輻射噪聲;二是氣流激發消聲器構件振動而輻射噪聲。

氣流再生噪聲的大小主要取決于氣流速度和消聲器的結構。一般來說,氣流速度越大,或消聲器內部結構越復雜,則產生的氣流噪聲也就越大。與之相適應,降低消聲器內氣流再生噪聲的途徑是:

       ①盡量減低流速;

       ② 盡量改善氣體的流動狀況,使氣流平穩,避免產生湍流。

消聲器的氣流再生噪聲大小,可用試驗方法求得:

        

    當流速增加一倍,相應的噪聲級增加 18dB ,說明氣流再生噪聲隨流速的六次方規律變化,屬于偶極子輻射的噪聲源。估算氣流再生噪聲的半經驗公式:

       設計消聲器時,應注意流速不能選得過高,對空調消聲器的流速不應超過 5 米 / 秒;對壓縮機和鼓風機消聲器,流速不應超過 20 ~ 30 米 / 秒;對內燃機、鑿巖機消聲器,流速應選在 30 ~ 50 米 / 秒;對于大流量排氣放空消聲器,流速可選為 50 ~ 80米 / 秒。

4.3.6 阻性消聲器的設計

阻性消聲器的設計步驟與要求如下:

(1) 確定消聲器的結構型式

   根據氣體流量和消聲器所控制的平均流速,計算所需的通流截面,然后根據截面的尺寸大小來選定消聲器的形式。當氣流通道截面直徑小于 300 毫米時,可選用單通道的直管式,當直徑大于 300 毫米而小于 500毫米時,可在通道中加設一片吸聲層或吸聲芯;當直徑大于 500 毫米時,則應考慮把消聲器設計成片式、蜂窩式或其它型式。片式消聲器中每個片間距離不應大于 250 毫米。  

 (2) 選用合適吸聲材料

    可用來做消聲器的吸聲材料種類很多,如超細玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸聲磚、工業毛氈等。在選用吸聲材料時,除考慮吸聲性能外,還要考慮消聲器的使用環境,如對于高溫、潮濕、有腐蝕性氣體的特殊環境。吸聲材料種類確定以后,材料的厚度和密度也應注意選定,一般吸聲材料厚度是由所要消聲的頻率范圍決定的。如果只為了消除高頻噪聲,吸聲材料可薄些;如果為了加強對低頻聲的消聲效果,則應選擇厚一些。

(3) 決定消聲器的長度

在消聲器形式、通流截面和吸聲層等都確定的情況下,增加消聲器長度能提高消聲值。消聲器長度可根據噪聲源的聲級大小和現場的降噪要求來決定,如在車間里某風機氣流噪聲較其它設備噪聲高出很多時,就可把消聲器設計得長些,反之就應短些。一般現場使用的空氣動力設備,其消聲器的長度可設計為 1 ~ 3 米 。

(4) 合理選擇吸聲材料的護面結構

阻性消聲器的吸聲材料必須用牢固的護面結構固定起來。常采用的護面結構有玻璃布、穿孔板、窗紗、鐵絲網等。護面形式,主要由消聲器通道內的流速決定。

(5) 根據“高頻失效”和氣流再生噪聲驗算消聲效果

由于消聲器的消聲效果與所要消聲的頻率范圍和氣流再生噪聲等因素有關,因此,按上述要點設計好消聲器方案之后,還必須進行驗算,首先驗算高頻失效頻率,然后驗算氣流再生噪聲的影響。如果消聲器的初步設計方案經過驗算不能滿足消聲要求時,就應重新設計,直至得到滿意的設計方案為止。

 (6) 設計方案的試驗驗證

理論計算出消聲器的設計方案后,還要通過試驗,定量驗證后才可得到具有實用價值的消聲器方案。試驗一般采用“末端聲壓級差”法測量。具體來說,就是在消聲器進口端測得噪聲級 ( 包括各倍頻程聲壓級 ) ,在消聲器出口端測得噪聲級 ( 包括各倍頻帶聲級 ) ,以兩者差作為消聲量。

4.4 抗性消聲器 

       通過控制聲抗的大小來消聲的。它不使用吸聲材料,而是在管道上接截面突變的管段或旁接共振腔,利用聲阻抗失配,使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的界面處發生反射、干涉等現象,從而達到消聲的目的。常用的抗性消聲器主要有擴張室式和共振腔式兩大類。

4.4.1原理

    聲波在兩根不同截面的管道中傳播,從截面積為S1的管中傳入截面積為S2 的管中,S2管對S1 管相當一個聲負載,會引起部分聲波的反射和透射。設在管道中滿足平面波的條件下,在 S1管道中有一入射波Pi 和一反射波Pr ,而 S2管無限延伸;僅有透射波。

假定坐標原點取在 管與 管的接口處,現分別寫出上述三種波的聲壓表示式

它們各自對應的質點振速分別為

      上述入射波、反射波和透射波不是各自獨立的,而是互有聯系。這種聯系的關鍵在兩根管子的接口處 ( 即交界面處 ) ,在此界面上存在如下兩種聲學邊界條件 :

聲壓連續,即

體積速度連續,即

取邊界處 x=0 ,得到反射聲壓與入射聲壓的幅度之比為:

面積比,也稱為擴張比。上式表明:聲波的反射與兩根管子的截面積比值有關當 ,即第二根管子比第一根管子細時,,這相當于聲波遇到“硬”邊界情形;當即第二根管子比第一根管子粗時,,這相當于聲波遇到“軟”邊界情形。極端的情況是:若 ,相當于聲波遇到剛性壁,發生全反射;若 ,好象聲波遇到“真空”邊界。

從聲壓反射系數可以獲得聲強反射系數

                                       

聲強透射系數則為:

                              

   根據消聲量的定義,消聲量是管中聲強透射系數的倒數,由此得到擴張管式消聲器的消聲量為:

        公式表明:截面突變引起的消聲量大小,主要由擴張比決定。擴張管式消聲器的有效消聲頻率受到一定限制,其低頻截止頻率可用下式估算:

  而高頻截止頻率則為:

利用擴張管原理制成的最簡單的消聲器就是單節擴張室消聲器,它是由兩個突變截面管反相對接起來而成的。主管截面為S1 ,擴張部分截面為S2 ,擴張部分長度為L 。

消聲器的消聲量可由在消聲器入口端的入射聲強與在消聲器出口端的透射聲強二者之間的衰減量來衡量。由于聲強與聲壓的平方成正比,因此最后得到消聲器的消聲量計算公式為:

消聲量大小由擴張比S21決定,消聲頻率特性由擴張部分的長度L決定,因為為周期函數,可見消聲量也隨頻率作周期性變化。 當管道截面收縮S21 倍時,其消聲作用與擴

張 S21倍是相同的。這就說明,擴張管與收縮管在理論上并無區別。然而在實用上限于空氣動力性能的要求,常用的是擴張管,因此也就稱為擴張室消聲器。上式同時還表明:當時,即的奇數倍時,擴張室消聲器的消聲量達到最大值,此時:  

 

通常擴張比S21總是大于 l 的,而要取得明顯的消聲效果,則 S21應取 5 以上的數值。

消聲量最大的對應頻率稱作擴張室最大消聲頻率:

                                     

   當時,即的偶數倍時,擴張室消聲器的消聲量達到最小值,,相應的聲波會無衰減地通過消聲器。這是單節擴張室消聲器的一個缺點。此時的相應頻率叫通過頻率,可由下式計算:

擴張室消聲器存在著上限截止頻率。以上分析表明:擴張室消聲器的消聲量 是隨著擴張比 的增大而增加的,但是,這種增加不是沒有限制的,當S21值增大到一定值以后,會出現與阻性消聲器的高頻失效相似的情況,即聲波集中在擴張室中部穿過,使消聲效果急劇下降。擴張室消聲器的上限截止頻率常用的估算式為:

擴張室消聲器除有上限截止頻率的限制外,還存有下限截止頻率。在低頻范圍,當波長比擴張室或連接管長度大得多時,可以把擴張室和連接管看作是集中參數系統。當外來聲波頻率在這個系統的共振頻率附近時,消聲器不僅不能消聲,反而會對聲音起放大作用。擴張室有效消聲的下限頻率可用下式計算:

外接管雙節擴張室消聲器

    

    雙節擴張室消聲器的分析過程與單節擴張室消聲器的推導方法完全相同,在 4 個邊界處滿足聲壓連續和體積速度連續的條件,最后可以得到它的消聲量為:

 

擴張管消聲器的消聲特性是周期性變化的,即某些頻率的聲波能夠無衰減地通過消聲器。由于噪聲的頻率范圍一般較寬,如果消聲器只能消除某些頻率成分,而讓另一些頻率成分順利通過,這顯然是不利的。為了克服擴張室消聲器這一缺點,必須對擴張室消聲性能進行改善處理,方法有二:

    (1) 在擴張室消聲器內插入內接管,以改善它的消聲性能。由理論分析可知,當插入的內接管長度等于擴張部分長度的 1/2 時,能消除那部分奇數倍的通過頻率;當插入的內接管長度為擴張部分長度的 1/4 時,能消除那部分偶數倍的通過頻率。這樣,如果綜合兩者,可以得到在理論上沒有通過頻率的消聲特性。

   (2) 采用多節不同長度的擴張室串聯的方法,可解決擴張室對某些頻率不消聲的問題。把各節擴張室的長度設計得互不相等,使它們的通過頻率互相錯開。多節擴張室消聲器串聯,不但能提高總的消聲量,而且能改善消聲器的頻率特性。由于各節擴張室之間有耦合現象,故總的消聲量不等于各節擴張室消聲量的算術相加。

在實際工程上,為了獲得較高的消聲效果,通常將這兩個方法結合起來運用,即將幾節擴張室消聲器串聯起來,每節擴張室的長度各不相等,同時在每節擴張室內分別插入適當的內接管,這樣就可在較寬的頻率范圍內獲得較高的消聲效果。 擴張室消聲器由于通道截面的擴張和收縮,將會使阻力損失增大,特別是當氣流速度較高時,空氣動力性能會變壞。為了改善擴張室消聲器的空氣動力性能,常用穿孔管 ( 穿孔率大于 25 % ) 把擴張室的插入管連接起來,對氣流來說,通過一段壁面帶孔眼的管段比通過一段截面突變的管段,其阻力損失要小得多;而對于聲波來說,由于穿孔管的穿孔率足夠大,仍能近似保持其斷開狀態的消聲性能。

4.4.2擴張室消聲器設計 

在設計擴張室消聲器時,經常遇到的一個問題是消聲量與消聲頻率范圍之間的矛盾。分析表明:欲獲得較大的消聲量,必須有足夠大的擴張比 。但是,對一定的管道截面來說, S21值增大會導致擴張部分的截面尺寸增大,而其上限截止頻率 相應變小,使得擴張室的有效消聲頻率范圍變窄,這是不利的。反之,為了展寬擴張室有效消聲頻率范圍,需使擴張比變小,但消聲量又受到影響。因此,在設計時,這兩方面必須兼顧,統籌考慮,不能顧此失彼。

實際工程中,輸氣管道截面已由給定的輸氣流量確定,這時,再設計擴張室消聲器就必然會出現上述的矛盾,此時可采取如下的方法

解決:

第一種方法:把一個大通道分割成若干個并聯小支通道,再在每個支通道上設計擴張室消聲器,這樣便可實現在較寬頻率范圍內有較大消聲量的要求。

第二種方法:把擴張室消聲器的進口管與出口管軸線互相錯開,使聲波不能以窄束狀形式穿過擴張室。

擴張室消聲器設計步驟如下:

(1) 根據需要的消聲頻率特性,合理地分布最大消聲頻率,即合理地設計各節擴張室及其插入管的長度。

 (2) 根據需要的消聲量,確定擴張比 ,設計擴張室各部分截面尺寸。

 (3) 驗算所設計的擴張室消聲器的上下截止頻率是否在所需要的消聲頻率范圍之內,如不符合,則應重新修改設計方案。再驗算氣流對消聲量的影響,檢查在給定的氣流速度下,消聲值是否還能滿足要求。如不能,就需重新設計,直到滿足為止。

 4.5 共振腔消聲器

共振腔消聲器是由管道壁開孔與外側密閉空腔相通而構成的。

    當聲波的波長比共振器幾何尺寸大得多時 (3 倍以上 ) ,可以把共振器看成一個集

中參數系統,共振腔內的聲波運動可以忽略。

4.5.1原理

共振消聲器實際上是共振吸聲結構的一種應用。

共振頻率為 :

定義傳導率:

    工程上的共振器很少是開一個孔的,而是由多個孔組成,此時應注意各孔之間要有足夠大的距離。當孔心距為孔徑的 5 倍以上時,各孔間的聲輻射互不干涉,此時總的傳導率等于各個孔的傳導率之和。

   對多孔共振腔消聲器,消聲量為:

   G-傳導率(m)它是頸孔的截面積S與頸的有效長度之比。

V-共振腔容積,m3;

A-通道截面積m2;

f0-共振頻率。

當f=f0時,聲阻最大。

中, 為共振腔消聲器在開口處的聲阻。

當頻率f偏離f0時, 共振腔消聲器的消聲量D迅速降低。D降低的快慢與 (記作K)的大小有關,K越小,D下降的速度越快.實際工程中遇到的是寬頻帶的噪聲,要想獲得良好的消聲效果,應使K值足夠大。

根據亥姆霍茲共振器的共振頻率式

可設計共振腔的最小容積V。

當某些頻率的聲波到達分支點時,由于聲阻抗發生突變,使大部分聲能向聲源反射回去,還有一部分聲能由于共振器的摩擦阻尼轉化為熱能而散失掉,只剩下一小部分聲能通過分支點繼續向前傳播,從而達到消聲的目的。

簡化計算共振器的消聲量為

    這種消聲器具有明確的選擇性。即當外來聲波頻率與共振器的固有頻率相一致時,共振器就產生共振。共振器組成的聲振系統的作用最顯著,使沿通道繼續傳播的聲波衰減最厲害。因此,共振腔消聲器在共振頻率及其附近有最大的消聲量。而當偏離共振頻率時,消聲量將迅速下降。這就是說,共振腔消聲器只在一個狹窄的頻率范圍內才有較佳的消聲性能。因此,它適于消除在某些頻率上帶有峰值的噪聲。

共振腔消聲器也可以做成同軸型,其消量為:

從外形上看,同軸型共振消聲器與帶內接管的擴張室消聲器很相似,特別是與為了改善擴張室消聲器空氣動力性能而把內接管用穿孔管連起來時,二者更為相似。事實上兩者的消聲性能也相似。

共振腔消聲器的消聲頻率范圍窄,為了彌補這一缺陷,有以下三個方法:

(1) 選擇較大的 K值。在偏離共振頻率時,共振消聲器的消聲量與(

值有關,K值越大,消聲量也越大。K值增大,還能改善共振吸聲的頻帶寬度;但是,K值增大,消聲器體積也增大,有時在現場實施是有因難的。

 (2) 增加共振腔消聲器的摩擦阻尼。通過增加摩擦阻尼能提高消聲頻帶寬度。在共振頻率上,消聲量也不會無限增大,而是一個有限的數值,即:

               

     共振腔消聲器的聲阻越大, 值也越大,在共振頻率上消聲量也就越低。但是,在偏離共振頻率時,聲阻能使消聲量降低趨向緩慢。也就是說,增加共振器的阻尼,對于共振頻率處的消聲不利,但卻能使有效的消聲頻率范圍得以加寬。由于噪聲多是寬頻帶的,所以從總體看來,增加聲阻往往是有好處的。

    (3) 采取多節共振器串聯。把具有不同共振頻率的 n 節共振消聲器串聯起來,并使各個消聲器的共振頻率互相錯開,能在較寬的頻率范圍內獲得較大的消聲量。

    多節共振器串聯時,總的消聲量并不等于各個共振器消聲量之和,這是因為多節串

聯,情況較復雜,如后節對前節末端往往有聲反射,各節互相之間有耦合作用。 氣流對共振消聲器性能有一定影響,一般可由下式定量計算:

         

     設計共振腔消聲器,應根據實際的消聲要求,首先確定共振頻率和某一頻率的消聲量 ( 倍頻程或1/3 倍頻程的消聲量 ) ,再用公式計算或查表的方法求出相應的 值。當 值確定后,就可以考慮相應的 G 、 V 和 S ,使之達到 值的要求。  

為了使消聲器的理論計算值與實際結果值一致,在考慮設計方案時,應注意以下條件:

 (1) 共振器的幾何尺寸應小于共振頻率波長 的 1/3 。當共振頻率較高時,此條件不易滿足,這時不能將共振器看成為一個集中參數系統,而應考慮聲波在空腔內的傳播特性。

 (2) 穿孔位置應集中在共振消聲器的中部,穿孔范圍應小于。相鄰各孔之間的孔心距一般應取孔徑的 5 倍。當穿孔數目較多時,穿孔范圍集中在  內與孔心距大于孔徑 5 倍這兩個要求,往往發生矛盾。在這種情況下,可采取將空腔分割成幾段來分布穿孔的位置。

    (3) 共振消聲器的消聲頻率范圍也有高頻失效問題。當聲波頻率高至某一頻率后,會成為束狀從消聲器中部“溜”過去,從而使消聲效果下降。共振消聲器的上限截止頻率也可以用以上介紹的公式估算。

微穿孔板消聲器是一種特殊的消聲結構,它利用微穿孔板吸聲結構而制成,是我國噪聲控制工作者研制成功的一種新型消聲器。通過選擇微穿孔板上的不同穿孔率與板后的不同腔深,能夠在較寬的頻率范圍內獲得良好的消聲效果。因此,微穿孔板消聲器能起到阻抗復合式消聲器的消聲作用。

       近年來,我國已研制成功在多種條件下使用的微穿孔板消聲器,如通風空調消聲器、

鼓風機進排氣消聲器、燃汽輪機消聲器,飛機發動機試車消聲器、內燃機消聲器等,效果良好。

第五章振動防治技術5.1振動公害的特點與評價5.1.1振動公害的特點

振動公害與噪聲公害的聯系,當振動頻率在20-20000HZ的聲頻范圍內時, 振動源同時又是噪聲源.另一方面,若聲源的振動激發了某些固體物件的振動,這種振動會以彈性波的形式在固體中(如基礎、地板、墻等)傳播。并在傳播中向外輻射噪聲,這就是“固體聲”。特別當引起物體共振時,會輻射很強的噪聲。從這個意義上講,防振技術是噪聲防止技術的一種。振動除引起噪聲方面的危害外,還能直接作用于人體、設備和建筑等。損傷人的機體,引起各種病癥、損壞設備、使建筑物開裂、倒塌等。因此,振動又區別于噪聲,有其相對的獨立性。

腹腔共振:4~8HZ      頭-頸-肩系統共振20~30 HZ

眼球共振:60~90HZ    下鄂頭蓋骨共振100~200 HZ

5.1.2振動評價

振動的強弱可用振動加速度來評價,人能感覺到的振動一般在0.01 -10 m/s2,與噪聲控制類似,反映振動加速度的參數可用振動加速度級La(dB)表示。

a-振動加速度有效值, m/s2 ;

am-振動加速度的振幅, m/s2;

a0-加速度基準值,一般取當頻率為100HZ時,該基準值與聲壓基準值是一致的。經人體感覺修正后的加速度級叫振動級VL。

Cn為感覺修正值:

振動危害的大體狀況:

5.1.3隔振的測量

測振計-測量位移

速度計-測量速度

加速度計-測量加速度

5.2振動控制的基本方法

1)減少振動源的擾動(減少非平衡力、改進工藝)

2)防止振動(改變外擾頻率或系統振動頻率)

3)采用隔振技術(控制振動傳遞,如防振溝、隔振器等)

5.2.1隔振技術

對機械振動的根本治理方法是改變機械結構,降低甚至消除振動的發生,但在實踐中往往很難做到。隔振就是將振動源與基礎或其它物體的剛性連接改成彈性連接,隔絕或減弱振動能量的傳遞,從而達到防振的目的。

積極(主動)隔振-源隔振

消極(被動)隔振-受體隔振

5.2.1.1隔振原理

振源振動時,會產生一個激發力,與地基剛性連接時。該激發力全部傳給地基,若為彈性連接,則只有一部分傳給地基。工程上用傳遞系數(T)衡量隔振效果的好壞。

 (Ff -傳遞力;  FL-總激發力)

系統無阻尼振動的固有頻率:

  

m-振動系統質量;

k-彈簧的彈性系數

 -固有角頻率

系統加上一個垂直激發力,則系統運動方程為:

解該方程,并根據T的定義:

f-激發力頻率;即

當系統中存在一個與振動速度成正比的阻尼時:

-阻尼比

C-系統阻尼系數;

Cc-臨界阻尼系數;

,

一般隔振器 =2~20%, 鋼制彈簧的<1%;纖維襯墊的=  2~5%.混合制成橡膠>20%。

5.2.1.2隔振設計

①常見的機械設備的振動頻率

風機:軸的轉數 葉片數          變壓器:交流電頻率 2

電機: 軸的轉數 極數           壓縮機: 軸的轉數

齒輪: 軸的轉數 齒數           內燃機: 軸的轉數 缸數

軸承: 軸的轉數 ×1/2  珠子數

②金屬彈簧:             橡膠類彈性材料:

x-重力作用下彈性構件的靜態壓縮量(cm);

Ed,Es-材料的動態與靜態的彈性模量 :氰橡膠2.2~2.8;膠合玻璃纖維板1.2~2.9;礦渣棉1.5;軟木1.8.

要求:

設計: ① 根據f和f0(或x)計算T;

② 根據T和已知的f求f0和x。

f0越小,減振效果約好. 增大基礎的質量 。實際設計中,隔振系統的固有頻率最好低于5~7HZ,如果目的為降低噪聲則提高到10~14 HZ。

5.2.1.3常用的隔振器

⑴彈簧隔振器:常用的是螺旋形和板條形兩種

優點:承受較大負載,耐高溫,耐油污,靜態壓縮量大,固有頻率低(<5 HZ)

缺點:阻尼太小(),易傳遞高頻率振動,易在150 ~ 350 HZ范圍內自身共振而傳遞中頻率振動,常需要附加粘滯阻尼器。當鋼彈簧的靜態壓縮量較大時,易使彈簧失去穩定.位了使隔振系統有足夠的側向穩定性,應采用短而粗的彈簧,或者在側向配備有緩沖裝置。

螺旋形鋼彈簧的軸向彈性系數K計算

G-切變彈性模量,;

d-彈簧鋼絲直徑(m);

n-彈簧有效圈數;

D-彈簧的寬度,即螺旋的直徑(m);

鋼彈簧的側向彈性系數 與軸向受壓情況有關,進行隔振設計時,  (計為 )應保持在0.5~2.0范圍內。安裝彈簧隔振器時,應使各彈簧在同一水平面上分布均勻對稱使受壓力均衡.當荷載均衡對稱時,重心一定要落在彈簧的幾何中心,使機器的重心盡可能低,保證系統的穩定性。

⑵橡膠隔振器

橡膠隔振器是選用一定硬度的橡膠材料制成合適的形狀,粘結在金屬附件上構成的.壓縮型、剪切型、壓縮剪切復合型。

優點:形狀可自由選擇;阻尼比大,不會產生共振激增現象;彈性系數可經調整結構控制。

缺點:不耐油污;不適合高溫和低溫下使用,易老化;不適合用于有較低干擾頻率和重量特別大的設備。

隔振器設計主要確定材料的厚度和面積。

厚度:

x-橡膠的最大靜態壓縮,cm;

-橡膠的動力彈性模量,kg/cm2;

-橡膠的允許負載,kg/cm2。

面積 :

P-設備的重量,kg。

⑶防振溝

在振動傳播方向挖溝,隔振效果取絕于溝深度。

5.2.2阻尼減振技術5.2.2.1原理

阻尼材料減振主要是通過減弱金屬板中傳播的彎曲波來實現的,薄板發生振動 薄板與阻尼層內部的摩擦錯動,消耗能量。

5.2.2.2阻尼材料與阻尼層

阻尼材料:瀝青、軟橡膠、高分子涂料;

自由阻尼層:涂在板的一面或二面;

約束阻尼層:涂在兩層金屬板中間。

5.3 質量平衡和動力吸振器5.3.1質量平衡

旋轉機械設備常因旋轉體重心偏心而產生不平衡力,從而引起振動。

⑴靜態不平衡的校正

m-圓盤的質量;

-轉動角速度。

消除這種振動,可在不平衡質量的反方向,即在圓盤較輕的一邊加一個質量M,使下式成立:

⑵動態不平衡的校正

振動體很長時,由于重心的偏心,不平衡力偶影響等,引起振動 動態不平衡,這實際上是兩個以上平面內的不平衡.其校正用動平衡機。找到不平衡點然后進行校正。

5.3.2動力吸振器

當機械設備受某一固定干擾頻率激發而振動時,可以在機械設備上附加一個振動系統,使干擾頻率激發的振動降低,這叫動力吸振器。

設質量為 的設備產生的振動力為,該設備安裝在彈性系數為 的裝置上.為消除振動,該設備上安裝一附加振動系統,整個系統的運動方程為:

解:

—吸振器的固有頻率,

也即時,設備的振幅A為零,動力吸振器就是利用這一特性來消除振動的。

第六章電磁輻射污染治理技術6.1電磁污染源種類

天然源:大氣中發生電離作用,導致電荷的蓄積,從而引起放電現象;

工頻場源:大功率輸電線路產生電磁波;

射頻場源:無線電或射頻設備工作過程中產生的電磁感應與電磁輻射。

6.2電磁污染的傳播途徑

⑴空間輻射:場源為核心,在半徑為一個波長范圍內,以感應方式為主,將能量施加于受體上。場源為核心,在半徑為一個波長外范圍,以空間放射將能量施加于受體。

⑵導線傳播;

⑶復合傳播。

6.3防治電磁輻射的基本方法

 (1)電磁的屏蔽技術

①原理與方法

電磁屏蔽是采用某種能抑制電磁輻射擴散的材料,將電磁場與外界隔離開.屏蔽材料選用良導體.當場源作用于屏蔽體時,因電磁感應,屏蔽體產生與場源電流方向相反的感應電流而生成反向磁力線,與場源磁力線相抵消.達到屏蔽效應.屏蔽體接地,使屏蔽體對外界一側電位為零,同時屏蔽電場.

方式:主動場屏蔽;被動場屏蔽.

②屏蔽材料與結構

銅 鋁 鐵

板結構:

Ra-金屬板內對電磁能吸收衰減量(dB;

d-金屬板厚度,cm;

G-金屬相對導電系數;

-金屬磁導率;

f-場源頻率

d一般不超過1mm

網狀結構:網孔目數越大,金屬絲直徑越粗,屏蔽效果越好,一般為雙層。屏蔽體要求有較好的整體性,交接處用嚴格的焊接結構,防止產生絕緣部位。

③接地處理

a 接地系統要有足夠的表面積,以寬為10cm 寬的銅帶為佳;

b接地線應盡量短;

c接地線應避免1/4 波長的奇數倍;

d厚度足夠保證機械強度和耐腐性.

 (2)吸收法控制微波污染

對于微波輻射污染,可采用對這種輻射具有強烈吸收作用的材料敷設于場源外圍;

諧振型吸收材料-利用材料的諧振特性;

匹配型吸收材料-利用材料與自由空間的阻抗匹配;

塑料、橡膠、膠木、陶瓷等中加入鐵粉、石墨、木材、水等。

(3)遠距離控制和自動作業;

(4)線路濾波;

(5)合理設計工作參數,保證射頻設備在匹配狀態下操作;

(6)個人保護。

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