消声器

muffler

xiao sheng qi

微穿孔消声结构的理论

微穿孔消声器图片上海申霞021-69182070

微穿孔消声器示意图021-69182080

上海申霞消声器规格表021-69182070

 微穿孔消声器是一种能阻碍声音传播而让气流通过的、防治气流动力性噪声的专用设备。它是由多段不同通体利用多孔扩散原理改变原气流的声频的排气放空消声器，主要用于降低锅炉、汽轮机、蒸汽发生器、蒸汽管网、压缩空气等蒸汽、空气、咽气及各种无毒性无害有压气体的排汽放空时产生的喷注噪声。使环境噪声符合国家《工业企业噪声卫生标准》。

 世界上已具有多种型式的消声器，大多采用阻抗复合型消声原理。而由于结构复杂、重量大、高温氧化吸声填料，高速气流冲击吸声填料，水气渗透吸声填料等原因，造成消声器维修频繁、消声效果差，使用周期短等情况。历来是消音器的设计难点，上海申霞消声器克服了以上缺点，综合了最合理的消声原理。采用微穿小孔多空腔结构，不使用任何阻性吸声填料，高压气流在消声器内经多次控流进入空腔体，逐级改变原气流的声频。 阻力损失小，消声频带宽，工作时不起尘。不怕油雾、水气。耐高温、耐高速气流冲击。无需维修保养。使环境噪声符合国家《工业企业噪声卫生标准》。 取得了良好效果。其消声量在25—35分贝（A）左右。  广泛用于石油、化工、冶金、纺织等行业。 

 

消声器的种类很多，但究其消声机理，又可以把它们分为六种主要的类型，即阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器、微穿孔板消声器、小孔消声器和有源消声器。

阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器。当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。阻性消声器就好象电学上的纯电阻电路，吸声材料类似于电阻。因此，人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果奸、对低频消声效果较差。

抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，好象是一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔．只能在小室中来回反射，因此，我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进行组合．就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。

把阻性结构和抗性结构按照一定的方式组合起来，就构成了阻抗复合式消声器。微穿孔板消声器一般是用厚度小于1mm的纯金属薄板制作，在薄板上用孔径小于1mm的钻头穿孔，穿孔率为1％一3％。选择不同的穿孔率和板厚不同的腔深，就可以控制消声器的频谱性能，使其在需要的频率范围内获得良好的消声效果。小孔消声器的结构是一根末端封闭的直管，管壁上钻有很多小孔。小孔消声器的原理是以喷气噪声的频谱为依据的，如果保持喷口的总面积不变而用很多小喷口来代替，当气流经过小孔时、喷气噪声的频谱就会移向高频或超高频，使频谱中的可听声成分明显降低，从而减少对人的干扰和伤害。

有源消声器的基本原理是在原来的声场中，利用电子设备再产生一个与原来的声压大小相等、相位相反的声波，使其在一定范围内与原来的声场相抵消。这种消声器是一套仪器装置，主要由传声器、放大器、相移装置、功率放大器和扬声器等组成。

一、微孔板吸声结构的理论

在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔径小于等于1.0mm的微孔，穿孔率为1～5%，后部留有一定的厚度（5-20cm）空气层，该层不填任何吸声材料 ，这样即构成了微穿孔板吸声结构。它是一种低声质量，高声阻的共振吸声结构，其研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板的声质量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（kg/cm3）；
C--空气中声速（m/s）；
D--腔深（mm）；
m--相对声质量；
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--声质量系数km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t
其中x=abf，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）表达：
r/m=50f((kr/km)/x2)(5)
而kr/km的近似计算式为：
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，而声质量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。
共振时的最大吸声系数α0为α0=4r/(1+r)2(7)
具体设计微穿孔板吸声结构时，可通过计算，也可查图表，计算结果与实测结果相近。在实际工程中为了扩大吸声频带的宽度，往往采用不同孔径、不同穿孔率的双层或多层微穿孔板复合结构。

二、微穿孔板理论在抗喷阻消声器设计中的应用

利用微穿孔板声学结构设计制造的消声器种类很多，主要型为抗喷阻型消声器。该型式消声器是用不锈钢穿孔薄板制成，因该九台消声器是用于石化单位，空气腐蚀性比较大，故穿孔板后的空气层内填装的吸声材料为耐腐蚀金属软丝布。利用吸声材料的阻性吸声原理，进一步达到降噪消声的作用，其吸声系数高，吸收频带宽，压力损失小，气流再生噪声低，且易于控制。为获得宽频带高吸收效果，一般用三级微穿孔板结构。微穿孔板与外壳体之间以及微穿板之间的空腔尺寸大小按需要吸收的频带不同而异，低频腔大（150～200mm）,中频小些(80～120mm），高频更小些（30～50mm），双层结构的前腔深度一般应小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近气流的一层微穿孔板穿孔率应高于后层，为减小轴向声传播的影响，可在微穿孔板消声器的空腔内每隔500mm左右加一块横向隔板。

试验证明，微穿孔板消声器不论是低频、中频、高频消声性能实测值比理论估算值要好。且消声量与流速有关，与消声器温升无关，当流速达到70米/秒时，一般其它型式消声器已无法解决噪声问题，而微孔型消声器可承受70m/s气流速度的冲击，仍有15dBA以上的消声器。这也是微孔消声器优于一般消声器一个重要特点。

三、抗喷阻型消声器特点

本型式消声器综合了微穿孔板最合理的消声原理设计而成，使高压蒸汽在消声器内经一次控流后进入降压腔扩容后，从而形成低压蒸汽从小孔喷出，最后经过降压体外的阻声罩使降压体发出的剩余噪声得到有效的吸收，最终消声器达35dB(A)以上（一级至三级消声之间比例为35%，50%，15%）。

驻波（Standingwave）：由于频率机同的同类声波互相干涉而形成空间分布固定的周期波。

混响（Reverberation）：室内声源停止发声后，由于房间边界面或其中障碍物使声波多次反射或散射而产生声音延续的现象。

声桥：双层或多层隔声结构中两层间的连接物。声能以振动形式通过它而在两层间传播。

吸声（Soundabsorption）：声音进入多孔材料或引起可弯曲变形的板振动后，声能转化为热能的效应。

声波在空气中传播与空气质点因振动摩擦使声能转化为热能，引起的声波随传播距离增加逐渐衰减的现象，称为空气吸收；当声波入射多孔吸声材料时，由于空气的粘滞阻力，空气与孔壁的振动摩擦，使相当一部分声能转化成热能而被吸收，称为材料吸声。任何材料对入射声能或多或少都有一些吸声能力，平均吸声系数超过0.2的材料才称为吸声材料。多孔吸声材料吸声频率的特性是：中高频吸声系数较大，低频吸声系数较小。

噪声有两种意义：①在物理上指不规则的、间歇的或随机的声振动。②在心理上指任何人们不希望听到的声音声音的产生是物理现象，而噪声是人们对声音的一种主观感受和心理感受。因此，凡是人们不希望听到的任何声音，即对生活、工作和学习有干扰的声音，统称"噪声"。

隔声（Soundinsulation）：材料降低传声的能力。建筑物受到外部声场的作用或受撞击而发生振动时，声音就会透过围护结构传进来，这叫做"传声"。由于围护结构的作用，传进来的声能总是有所减少，作用的大小取决于围护结构的隔声性能。隔绝外部空间声场的声能，称为"空气声隔绝"；使撞击能量辐射的声能有所减少，称为"固体声或撞击声隔绝"。这和"隔振"的概念不同，前者是指到达接受者的空气声，后者是指接受者感受到的固体振动。采取隔振措施可减少振动源或撞击源对围护结构（如楼板）的影响，降低撞击声本身的声级。

隔声机理：当声波依次透过特性阻抗完全不同的墙体、空气介质时，造成声波的多次反射，发生声波的衰减，并且由于空气层的弹性和附加作用，是振动能量大大衰减，从而达到隔声效果。

分贝（decibel）：一个以对数刻度表示的声音强度的量。通常用来表示声场中某点的声压级或声源的总声功率级。他的数学定义是相同参量的测试值与参考值之比的对数的10倍，参量与声源能量有关。

回声（Echogereration）：由单一声源发声而产生了时间延迟所导致的多余一个声源赶的听觉效应，其原因是一些反射声的声程差彼此超过了17m。

声学系统是由声源、传播途径和接收器三环组成，因此控制噪声必须从这三个方面考虑，既要对其进行分别研究，又要将它作为一个系统综合考虑。在声源处抑制噪声，这是最根本的措施，即积极处理。包括降低激发力，减小系统各环节对激发力的响应以及改变操作程序或改造工艺过程等。在声传播途径中的控制，采取声学控制手段，即消极处理。这是噪声控制中普遍技术，包括隔声、吸声、消声、阻尼减振等措施。以下我们就大家易于混淆的隔声和吸声进行比较：

1、吸声，对同一个空间，改变室内声场的特性。吸声的主要作用是吸收室内的混响声，对直达声不起作用，也就是说吸声可提高音质，但对降噪能力效果不好；且吸声材料是以多孔、疏散的材质，隔声则是以密质为主的。

2、隔声，相对两个空间的，隔声的主要作用就是隔断声音从一个空间到另一个空间，防止噪声的干扰。隔声材料材质的具体要求是：密实无孔隙、有较大的重量。

3、但是一般在进行降噪处理时都是吸、隔声相结合来治理，即运用隔声隔断外来的噪声及室内噪声传于外面，再用吸声调解室内的混响声。当然要做好最佳效果，还要考虑房间的结构，驻波、声焦点、声死点。

物理	声音	污染	噪声
汽车	传播	工业	材料

1.http://www.shxia.com

2.http://www.shxiaoyinqi.com