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消声器的基本概念

  消声器是一种既能允许气流畅通,又能有效衰减声音的装置。在管道中装置各种类型消声器是降低沿管道传播的噪声的有效措施。消声器的种类很多,根据消声原理的不同,大致可分为三大类型:阻性消声、抗性消声器和排空消声器。

  阻性消声器的消声原理是利用装置在管道内的吸声材料或吸声结构的吸声作用,使沿管道传播的噪声不断地被吸收,从而达到消声的目的。在声电类比中,吸声材料或吸声结构的作用相当于交流电路中的电阻。这种消声器的特点是能在较宽的中高频范围内消声。抗性消声器是利用管道中声学性能突变处的声反射作用,例如管道截面突然扩张或旁接共振回路等,沿管道传播的一部分噪声在突变处向声源反射回去而不通过消声器,从而达到消声的目的。抗性消声器的主要类型包括扩张消声器和共振消声器,还包括干涉消声器等形式。总体而言,抗性消声器并不直接吸收声能,在声电类比中,它的作用相当于交流电路中的LC滤波器。抗性消声器的特点是能在低中频范围内有选择地消声。因此为了提高抗性消声器的消声性能,往往采用多多级消声器。多级消声器中,各级消声器之间的声波互互相影响,因此多级消声器的总体特性,不是将各个单节消声器的简单叠加。通常可采用四端网络传递矩阵法进行分析。

  在实际消声器设计时,需要考虑声源的频谱特性和实际环境的要求,以设计合理的消声形式,并满足气流的要求。通常而言,对于宽频噪声,可以以最低要求的消声的频率,来设计相应的阻性消声器中的吸声材料,并规避该消声器的高频失效问题。同时对于阻性消声器中的吸声材料,还需要结合管道内气流特征和使用要求,以选用合理的吸声材料,如满足现场环保、阻燃和防腐蚀等实际要求。

阻性消声器的设计

  对于阻性消声器的设计主要包括消声器本身的结构形式和尺寸以及吸声材料的设计。

  消声器的结构形式一般而言需要在消声器压力损失和利于消声通道上进行折中考虑。同时消声器吸声材料的吸声性能越好,消声器的消声性能也就越好。对于消声器中声学材料应满足以下要求:

  1. 吸声材料本身应该是环保材料,尽量避免使用玻璃纤维、岩棉等吸声材料,以防止这些材料在消声器使用中,受到气流长时间的作用,而扩散到户外或室内,从而引起环境污染或对人员健康产生影响。

  2. 水汽对吸声材料不会产生不可逆的物理或化学改变。即吸声材料遇到水汽后,当水汽干燥后,吸声材料能够恢复原来的物理和化学特性。

  3. 吸声材料尽量在较薄的尺寸,具有良好的宽频吸声性能。如果吸声材料较厚,则将会大大增加消声器的结构尺寸,这在实际应用中是受到限制的。但是通常而言,吸声材料越薄,其中低频吸声性能越差,往往不能达到满意的消声效果。因此实际上,消声器最主要的声学需求还是如何设计相应的吸声材料,以满足其消声要求。

典型应用
消声设计
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