CN105781682A - 大风量复合消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大风量复合消声器,由消声器壳体、二端法兰、消声插片、气流通道组成,所述的消声器壳体内壁不设置吸声材料;所述的消声插片分别为A消声插片、B消声插片,B消声插片厚度是A消声插片厚度的二分之一,每个消声器壳体内安装数片A消声插片及一片B消声插片,消声插片之间的气流通道一致,消声器壳体一侧与A消声插片的气流通道为消声插片之间气流通道的二分之一;消声插片的长度小于消声器壳体的长度,消声插片靠消声器法兰的一端安装。本发明的消声器,消声量大、高频失效上限高,有效通风面积比例高,体积小,特别是在将二个消声器串接使用,可以满足严格的消声要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻性消声器,特别是关于一种大风量复合消声器。
背景技术
阻性消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件,是消除空气动力性噪声的重要措施。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。阻性消声器的阻性消声器是利用声波在多孔而且串通的吸声材料中摩擦吸收声能而消声的。阻性消声器选用主要控制参数消声量、频谱特性、风速、风量、空气阻力(系数),其影响因素均可通过相应公式模拟计算。
目前市面上的阻性消声器存在着消声插片厚度大、消声插片之间的间距大,高频失效严重,有效通道比例小导致消声器体积大,效率低。以某大风量片式消声器为例:
一、基本参数
某DFL-1消声器规格为:1,000mm宽×1,000mm高×2,000mm长,消声器截面积为:1.0m²
消声插片1片,每片规格为:250mm厚×1,000mm高×2,000mm长;
二侧壁面设置消声材料:每侧规格为:1,250mm厚×1,000mm高×2,000mm长;
气流通道:宽度为250mm×2=500mm,气流通道为:500mm×1,000mm=0.5m²,有效通风面积50%;
风量:14,400.00m³/h(风速:8m/s);
消声插片使用32kg/m³防潮离心玻璃棉,穿孔护面板为0.8mm镀锌钢板、孔径为Ø6mm,孔距12mm,穿孔率20%;
外形尺寸:1208mm×1208mm×2000mm;
二、消声量计算
2.1计算公式
∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S(dB)
式中:∆L ——阻性消声器的衰减量(dB);
nƒ ——随频率而不同的消声系数K值的常数项,K= nƒ·α0,nƒ值依声频125、250、500、1000、2000Hz,分别为nƒ=1.20、1.35、1.50、1.65、1.80;
α0——用驻波管测得的材料吸声系数;
参照32kg/m³厚度50mm离心玻璃棉板数据125Hz(0.36)、250Hz(0.56)、500Hz(0.80)、1000 Hz(0.95)、2000Hz(0.90)、4000Hz(0.95);
L0——消声器的有效长度2m;
P ——消声器通道断面周长2.0m(消声器上下侧壁面未设置消声材料);
S ——消声器通道横截面面积0.25m²;
2.2吸声插片间通道的消声衰减量
31.5Hz ∆L 设为3.07dB
63Hz ∆L设为4.61dB
125Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.20×0.36×2×2÷0.25=6.91dB
250Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.35×0.56×2×2÷0.25=12.10dB
500Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.50×0.80×2×2÷0.25=19.2dB
1000Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.65×0.95×2×2÷0.25=25.08dB
2000Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.80×0.90×2×2÷0.25=25.92dB
4000Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.80×0.95×2×2÷0.25=27.36dB
8KHz ∆L设为27.36dB
2.3高频失效计算
当消声器的通道截面积较大时,会有可能产生“高频失效”问题,因为这时入射而来的高频声波呈束状可直接通过消声器,这时高频声波会很少或完全不与吸声材料接触,致使吸声量明显下降,这种现象就称之为消声器的“高频失效”。当频率高于上限失效频率时,每增高一个倍频程,其消声量约比上限失效频率处的消声量降低三分之一;
“高频失效”时消声量开始明显下降的频率称为“上限失效频率”,它的经验计算公式为:
ƒ上=1.85c/D(Hz)
式中:c ——声速(340m/s);
D——通道截面积的直径(m)。D ≈1.13(0.25×2)0.5≈1.13×0.707=0.799
ƒ上=1.85×340÷0.799=787.23Hz,
“高频失效”调整消声量2KHz 25.92dB(17.28dB),4KHz27.36dB(12.17dB),8KHz27.36dB(8.11dB),
2.3消声器消声衰减量
检测地点 | dB(A) | 31.5Hz | 63Hz | 125Hz | 250Hz | 500Hz | 1KHz | 2KHz | 4KHz | 8KHz |
进风口噪声值 | 94.5 | 97.7 | 92.7 | 84.4 | 92.2 | 92.3 | 88.8 | 87.0 | 84.1 | 73.7 |
倍频程衰减量 | 3.07 | 4.61 | 6.91 | 12.10 | 19.2 | 25.08 | 17.28 | 12.17 | 8.11 | |
消声器出风口 | 78.1 | 94.63 | 88.09 | 77.49 | 80.1 | 73.1 | 63.72 | 69.72 | 71.93 | 65.59 |
∆L=94.5 dB(A)-78.1dB(A)=16.4dB(A)。
工程实际中还有许多其它因素干扰,例如消声器通道中的气流速度、环境噪声、侧向传声等都会使现场得到的消声值比公式计算出的消声值偏低。
从以上计算可以得出,阻性消声器取决于以下因素:吸声衬里的通道截面周长越长消声量越高(与吸声材料接触多);吸声衬里的通道截面面积越大消声量越低(通道中间部分没接触,会产生“高频失效”);吸声衬里的通道长度越长消声量越高(与吸声材料接触多);吸声材料的吸声系数越高消声量越高(吸声材料的吸收效率高)。有效通道面积越大,风速越慢,压力损失越小。
发明内容
为了克服现有阻性消声器的插片厚度大,气流通道宽,有效通道面积小导致消声效果不理想的不足。本发明提供一种大风量复合消声器,减小气流通道贯通宽度,杜绝高频失效,提高消声效果,结构简单。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种大风量复合消声器,由消声器壳体、二端法兰、消声插片、气流通道组成,所述的消声器壳体内壁不设置吸声材料;所述的消声插片分别为A消声插片、B消声插片,B消声插片厚度是A消声插片厚度的二分之一,每个消声器壳体内安装数片A消声插片及一片B消声插片,消声插片之间的气流通道一致,消声器壳体一侧与A消声插片的气流通道为消声插片之间气流通道的二分之一;消声插片的长度系消声器壳体长度的80%,消声插片靠消声器法兰的一端安装。
采取“消声器壳体内壁不设置吸声材料,将消声插片与消声器壳体一侧的间隔为消声插片之间气流通道的二分之一”的方法,与常规的“消声器壳体内壁设置吸声材料,将消声插片与消声器壳体一侧的气流通道为消声插片之间的气流通道一致”的方法的消声效果一致。增设消声插片与在消声器壳体内壁设置吸声材料相比,制作成本低,效率高。
所述的A消声插片的厚度50~100mm,气流通道100~150mm,A消声插片前后设置1/2圆弧形导流板,消声插片二侧设置穿孔率≤20%的金属护面板,内填充密度≥48kg/m³的离心玻璃棉,覆盖玻璃丝布;所述的B消声插片前后设置1/4圆弧形导流板。
当进风风量小,消声器截面积规格较小,插片高度低,A消声插片片厚选择50mm,气流通道100mm,B消声插片片厚25mm,有效通风面积66.6%。当进风风量大,消声器截面积规格大,插片高度高,为了保证消声器及消声插片的机械强度,提高消声插片厚度。A消声插片片厚选择100mm,气流通道150mm,B消声插片片厚50mm,有效通风面积60%。
随着材料厚度的增加或密度的增大,吸声最佳频率向低频方向移动;离心玻璃棉的填充密度在48kg/m³~64kg/m³时可以满足低频声的消声效果,同时,流阻、孔隙率差别不大,对高频噪声的消声效果也不造成较大影响。在一定条件下提高离心玻璃棉的填充密度与增加离心玻璃棉的厚度效果一致,而提高离心玻璃棉的填充密度可以有效降低消声插片的厚度。
减少消声插片厚度可以增加消声插片个数,减少单个气流通道宽度,增加阻性消声器的气流通道,降低气流流速,减低风压损失。消声器的插片越多,片式吸声材料与声波的有效接触面积增大,会增加声波连续通过片间的通道内的反射次数,即增加声波与吸声材料的接触机会。每个小通道截面小了,就能提高上限失效频率减少“高频失效”。同时,消声量也会相应增加。由于每个小通道的尺寸都相同,这样,其中一个通道的消声频率特性也就代表了整个消声器的消声特性。
消声插片两端的护面穿孔板成圆弧形状,圆弧形状正对着气流方向,有助于空气动力性能的改善。减低“阻力损失”,减少气流“再生噪声”。
穿孔率较高的穿孔板主要作为纤维吸声材料的护面板。穿孔率较低的穿孔板还具有低频共振吸声作用。根据噪声源的频谱特性及消声要求,在高频噪声已满足的情况下,可以适当降低消声插片的穿孔护面板的穿孔率,可提高低频噪声的衰减,降低因消声插片厚度减少的影响。
所述的消声器截面积有不同的规格,以满足不同的进风风量要求。所述的消声器的长度统一,消声器单个安装时,消声插片靠消声器出风方向法兰的外端安装;需要提高消声量时,将二个消声器串接使用,消声器串接时,消声器壳体内壁的二分之一消声插片设置在不同侧面,消声插片靠消声器法兰的外端安装,串接的消声器之间留有扩张膨胀段。所述的二端法兰的规格及孔径对称一致,消声器之间通过二端法兰使用螺栓联接。
二个消声器串接时,二个消声器的片式吸声体之间间断设置,形成膨胀空腔。在消声通道内片式吸声材料的不连贯性会形成新的声场媒介,声波的不断进出新的声场媒介,声波会产生再次折射,能使消声器的消声性得到进一步改善。
二个消声器串接时,二个消声器内的两排片式吸声体之间轴线沿气流方向平行错列排列。每排片式吸声体的在同样的数量与间距的片式吸声体,能有效减小气流通道贯通宽度,杜绝高频失效。由于阻性消声器是靠多孔吸声材料吸声,根据声场媒介对消声效果的理论,在连续消声通道内,消声量是确定的。同等长度如间断设置,在消声通道内片式吸声材料的不连贯性会形成新的声场媒介,声波的不断进出新的声场媒介,声波会产生再次折射,能使消声器的消声性得到进一步改善。扩张膨胀段会使输出的压力及流量平稳、均衡。
本发明的有益效果是:
1、减少消声插片厚度可以增加消声插片个数,减少单个气流通道宽度,降低气流流速,减低风压损失;
2、提高消声插片内离心玻璃棉的填充密度,降低消声插片的穿孔护面板的穿孔率,提高低频噪声的衰减,降低因消声插片厚度减少的影响;
3、消声插片两端的护面穿孔板成圆弧形状,改善空气动力性能,减低“阻力损失”;
4、同等体积的消声器消声效果更好,或体积更小,制作成本更低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明第一个实施例的俯视剖面构造图。
图2是本发明的正视图。
图3是本发明第二个实施例的俯视剖面构造图。
图中1.消声器壳体,2.法兰,3.消声插片,4.气流通道,5.1/2圆,6.护面板,7.离心玻璃棉,8.1/4圆,9.孔径,10.螺栓。
具体实施方式
在图1、2所示的第一个实施例中,一种大风量高效复合消声器,由消声器壳体(1)、二端法兰(2)、消声插片(3)气流通道(4)组成,所述的消声器壳体(1)内壁不设置吸声材料;所述的消声插片(3)分别为A消声插片(3)、B消声插片(3),B消声插片(3)厚度是A消声插片(3)厚度的二分之一,每个消声器壳体(1)内安装数片A消声插片(3)及一片B消声插片(3),消声插片(3)之间的气流通道(4)一致,消声器壳体(1)一侧与A消声插片(3)的气流通道(4)为消声插片(3)之间气流通道(4)的二分之一;消声插片(3)的长度系消声器壳体(1)长度的80%,消声插片(3)靠消声器法兰(2)的一端安装。
所述的A消声插片(3)的厚度≤100mm,气流通道(4)≤150mm,A消声插片(3)前后设置1/2圆(5)弧形导流板,消声插片(3)二侧设置穿孔率≤20%的金属护面板(6),内填充密度≥48kg/m³的离心玻璃棉(7),覆盖玻璃丝布;所述的B消声插片(3)前后设置1/4圆(8)弧形导流板。所述的消声器截面积有不同的规格,以满足不同的进风风量要求。所述的消声器的长度统一,消声器单个安装时,消声插片(3)靠消声器出风方向法兰(2)的外端安装。
在图3所示的第二个实施例中,需要提高消声量时,将二个消声器串接使用,消声器串接时,消声器壳体(1)内壁的B消声插片(3)设置在不同侧面,消声插片(3)靠消声器法兰(2)的外端安装,串接的消声器之间留有扩张膨胀段。所述的二端法兰(2)的规格及孔径(9)对称一致,消声器之间通过二端法兰(2)使用螺栓(10)联接。
本发明JDZ-50-7消声器计算示例
一、基本参数
消声器规格为:800mm×宽975mm高×1,500mm长;
A消声插片6片,每片规格为50mm厚×800mm高×1,200mm长;
B消声插片1片,规格为厚度25mm厚×800mm高×1,200mm长;
气流通道:宽度为100mm×6+50mm×1=650mm,气流通道为:650mm×800mm=0.634m²,有效通风面积65%;
额定风量:14976³/h(风速:8m/s);外形尺寸:900mm×1075mm×1500mm;
消声插片使用48kg/m³离心玻璃棉,穿孔护面板为0.8mm镀锌钢板、孔径为Ø5mm,孔距10mm,孔中心距三角形排列,穿孔率22.66%;
二、消声量计算
2.1计算公式
∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S(dB)
式中:∆L ——阻性消声器的衰减量(dB);
nƒ ——随频率而不同的消声系数K值的常数项,K= nƒ·α0,nƒ值依声频125、250、500、1000、2000Hz,分别为nƒ=1.20、1.35、1.50、1.65、1.80;
α0——用驻波管测得的材料吸声系数;
参照48kg/m³厚度50mm离心玻璃棉板数据125Hz(0.42)、250Hz(0.65)、500Hz(0.85)、1000 Hz(0.95)、2000Hz(0.93)、4000Hz(0.88);
L0——消声器的有效长度1.2m;
P ——消声器通道断面的有效周长1.6m(消声器上下侧壁面未设置消声材料);
S ——消声器通道横截面面积0.08m²;
2.2吸声插片间通道的消声衰减量
31.5Hz ∆L 设为5.38dB
63Hz ∆L设为8.07dB
125Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.20×0.42×1.2×1.6÷0.08=12.10dB
250Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.35×0.65×1.2×1.6÷0.08=21.06dB24
500Hz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.50×0.85×1.2×1.6÷0.08=30.6dB
1KHz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.65×0.95×1.2×1.6÷0.08=37.62dB
2KHz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.80×0.93×1.2×1.6÷0.08=40.18dB
4KHz ∆L =(nƒ α0 ·P·L0)/S=1.80×0.88×1.2×1.6÷0.08=38.02dB
8KHz ∆L设为38.02dB
2.3高频失效计算
ƒ上=1.85c/D(Hz)
式中:c ——声速(340m/s);
D——通道截面积的直径(m)。D ≈1.13(0.1×0.8)0.5≈1.13×0.283=0.32
ƒ上=1.85×340÷0.32=1965.63Hz
“高频失效”调整消声量4KHz38.02dB(25.26dB),8KHz38.02dB(16.91dB),
2.4消声器消声衰减量
检测地点 | dB(A) | 31.5Hz | 63Hz | 125Hz | 250Hz | 500Hz | 1KHz | 2KHz | 4KHz | 8KHz |
进风口噪声值 | 94.5 | 97.7 | 92.7 | 84.4 | 92.2 | 92.3 | 88.8 | 87.0 | 84.1 | 73.7 |
倍频程衰减量 | 5.38 | 8.07 | 12.10 | 21.06 | 30.6 | 37.62 | 40.18 | 25.26 | 16.91 | |
消声器出风口 | 67.3 | 92.32 | 84.63 | 72.3 | 71.14 | 61.7 | 51.18 | 46.82 | 58.84 | 56.79 |
∆L=94.5dB(A)- 67.3dB(A)=27.2dB(A)。
在实验中JDZ-50-7消声器获得了非常好的消声效果,与DFL-1消声器相比,消声量更大、高频失效上限更高,体积更小,效果更好。特别是在将二个消声器串接使用,可以满足严格的消声要求。
应当理解,在不脱离本发明的范围内,可以对上述实施例做出多种组合及改变。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大风量复合消声器,由消声器壳体、二端法兰、消声插片、气流通道组成,其特征是:所述的消声器壳体内壁不设置吸声材料;所述的消声插片分别为A消声插片、B消声插片,B消声插片厚度是A消声插片厚度的二分之一,每个消声器壳体内安装数片A消声插片及一片B消声插片,消声插片之间的气流通道一致,消声器壳体一侧与A消声插片的气流通道为消声插片之间气流通道的二分之一;消声插片的长度系消声器壳体长度的80%,消声插片靠消声器法兰的一端安装。
2.根据权利要求1所述的大风量复合消声器,其特征是:所述的A消声插片的厚度≤100mm,气流通道≤150mm,A消声插片前后设置1/2圆弧形导流板,消声插片二侧设置穿孔率≤20%的金属护面板,内填充密度≥48kg/m³的离心玻璃棉,覆盖玻璃丝布;所述的B消声插片前后设置1/4圆弧形导流板。
3.根据权利要求1所述的大风量复合消声器,其特征是:所述的消声器截面积有不同的规格,以满足不同的进风风量要求。
4.根据权利要求1所述的大风量复合消声器,其特征是:所述的消声器的长度统一,消声器单个安装时,消声插片靠消声器出风方向法兰的外端安装;需要提高消声量时,将二个消声器串接使用,消声器串接时,消声器壳体内壁的B消声插片设置在不同侧面,消声插片靠消声器法兰的外端安装,串接的消声器之间留有扩张膨胀段。
5.根据权利要求1所述的大风量复合消声器,其特征是:所述的二端法兰的规格及孔径对称一致,消声器之间通过二端法兰使用螺栓联接。
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