噪声与振动污染控制设备

第七章噪声与污染控制设备教学目的和要求：熟悉多孔吸声材料的吸声性能、影响因素及常见的多孔吸声材料及种类。掌握常见的多孔吸声材料吸声结构、共振吸声结构及其吸声原理、隔声装置的隔声原理、隔声性能、结构组成及设计等相关知识。掌握消声器的原理、种类、声学性能、阻性及抗性消声器的消声原理、特点、设计与应用及消声器的选用原则。掌握隔振器的隔振原理、设计的基本原则及选用与安装。§7.1噪声控制概述一、多孔吸收结构（一）多孔性吸声材料利用材料内部松软多孔的特性来吸收一部分声能。声波进入孔隙后，由于空气与孔壁的摩擦阻力、空气的黏滞阻力和热传导作用，一部分声能转变为热能而耗散掉，从而起吸收声能的作用。可用于室内吸声降噪，也可用于消声器。（1）多孔吸收材料的吸声性能一般对高频声吸声效果好，对低频声吸声效果差，原因是吸收材料的空隙尺寸与高频声波波长相近。（2）吸声性能的影响因素主要与空隙率、结构因子、密度、敷设厚度等因素有关。空隙率材料内部的孔洞容积占材料总容积的百分率。一般在70%以上，一定程度上吸声性能随其增大而提高。结构因子表示多孔材料中孔的形状及其方向性分布的不规则情况，数值介于2～10之间。决定气流通过多孔材料层的难易程度。结构因子越大，吸声性能越好。密度增加材料的密度对低频声的吸收有利，但对高频声的吸收性能下降。实验证明，多孔吸声材料的密度有最佳值。敷设厚度指敷设在消声器管道内壁上的多孔吸收材料的厚度。厚度太小，吸声性能下降；厚度太大，气流通道有效尺寸减少。工程中一般不采取加大厚度来提高其吸声性能。材料背后的空气层材料背后留有一定厚度的空气层，可改善低频吸声性能。当厚度近似等于1/4波长时，吸声系数最大，等于1/2波长的整数倍时，吸声系数最小。通常厚度取70～100mm。（3）吸收材料及其种类目前常用的有：无机纤维材料主要有超细玻璃棉、玻璃丝、矿渣棉、岩棉及其制品。泡沫塑料主要有聚氨酯、聚醚乙烯、聚氯乙烯、酚醛等。有机纤维材料如棉麻、甘蔗、木丝、稻草等。建筑吸声材料有加气混凝土、微孔吸声砖、膨胀珍珠岩等。（二）多孔性吸声结构1.有护面的多孔材料吸声结构主要由骨架、护面层、吸声层等组成。刚性壁多孔材料穿孔板轻织物木框骨架一般用木筋、角铁或薄壁型钢制成。吸声层常用超细玻璃棉、矿渣棉等多孔材料，厚5～10cm，外包玻璃布、细布等织物，以防松散的纤维脱落。护面板护面板可以穿孔钢板、穿孔塑料板、钢板拉网、金属丝等。穿孔率一般不小于20%。为防止多孔材料表面堵塞，可用涤纶、聚乙烯塑料等薄膜、人造革等柔软的薄膜包覆吸声材料。常见吸声结构如图7-2。2.空间吸声体由框架、吸声材料和护面结构做成具有各种形状的单元体。常用的几何形状有平面性、圆柱形、菱形、球形、圆锥形等，球形吸声效果最好。空间吸声体吸声系数较高、而且省料、装卸灵活。常用的吸声材料为超细玻璃棉。常用的护面结构有金属网、塑料窗纱、玻璃布、纱布及各类金属穿孔板等。工程实践表明，悬挂的吸声体面积与室内所需噪声治理面积之比为25%左右，吸声效率最高。分散悬挂优于集中悬挂，特别对中高频吸声效果可提高40%～50%。适用于大而噪声源分散的车间，降噪效果可达10dB左右。3.吸声尖劈是一种楔子形的空间吸声体，用于要求吸声层吸声系数尽可能接近1的声学实验室-消声室里。消声原理利用特性阻抗逐渐变化，由尖劈端面特性阻抗接近于空气的特性阻抗，逐渐过渡到吸声材料的特性阻抗，这样吸声系数最高。形状有等腰梯形、直角劈状、阶梯状、无规状等。aLb金属板穿孔金属板玻璃棉共振腔吸声尖劈构造示意图二、共振吸声结构利用共振原理做成的各种吸声结构，用于对低频声波的吸收。最常用的吸声结构可分为：单个共振式吸声结构包括薄膜、薄板共振吸声结构穿孔吸声结构微穿孔吸声结构1.薄板共振吸声结构把薄的金属板、胶合板、塑料板甚至纸质版材的周边固定在框架上，背后设置一定深度的空气层，就构成了薄板共振吸声结构。吸声原理声波入射到板面时，迫使板产生振动，引起薄板和空气层这一系统的振动，使声能转化为机械能，并由于摩擦，将一部分振动转变为热能。当入射声波的频率与板结构的固有频率一致时产生共振，吸收系数最大。薄板共振吸声结构的共振频率一般80～100Hz，属低频吸声。常用薄板的吸声系数见表7-1。共振频率可用下式计算：020600zkg/cmfmdfHmmd共振频率，；薄板面密度，；板后空气层厚度，。（7-1）改善薄板吸声结构的吸声带宽较窄的性能措施可在薄板结构的边缘上放置些能增加结构阻尼特性的软材料；在空腔中适当挂些多孔的吸声材料；采用不同单元大小的薄板及不同腔深的吸声结构。穿孔板吸声材料空气L2.穿孔板共振吸声结构在钢板、铝板、塑板、草纸板等薄板上穿以一定孔径和穿孔率的小孔，在板后设置一定厚度空腔构成，如图所示。穿孔率小于20%。02m/m0.8kkkcpfhLpcshLLtdtd当入射声波的频率和系统的共振频率一致时，吸声系数最高。共振频率可由下式计算：穿孔率，即孔面积与板的总面积的百分比；声速，；空腔深度，；小孔的有效孔径长度，，为板厚，为孔径。3.薄膜共振吸声结构由刚度很小的弹性材料与其后设置空气层组成。其吸声机理、固有频率计算同薄板结构。通常共振频率为200～1000Hz，最大吸声系数为0.3～0.4。常用的薄膜结构的吸声系数见表7-1。4.微孔板吸声结构由具有一定穿孔率、孔径小于1mm的金属薄板与板后空气层组成。金属板厚一般0.2～1mm，孔径取0.2～1mm，穿孔率取1%～4%，1%～2%时效果最佳。适合于高温、高速、潮湿以及要求清洁卫生的环境下使用等优点。实际应用中，为使吸声频带向低频方向扩展，可采用双层或多层微孔板吸声结构。具有隔声能力的屏蔽物称作隔声构件。如隔声墙、隔声屏障、隔声罩、隔声间等。采用适当的隔声措施一般能降低噪声级15dB～20dB。隔声基本原理示意图三、隔声装置利用墙体、各种板材及构件作为屏蔽物或利用围护结构把噪声控制在一定范围之内，使噪声在空气中的传播受阻而不能顺利通过，从而达到降低噪声的目的。定义：透射声能（Et）与入射声能（Ei）的比值，即意义：表示隔声构件本身透声能力的大小。又称透射系数。通常所指的是无规则入射时各入射角度透声系数的平均值。/tiEE1.透声系数与隔声量透声系数(7-3)透声系数倒数的对数来表示透声损失的大小，又称传声损失或透声损失。即透声系数值愈小，R值越大，隔声性能愈好。R值的大小与入射声波的频率有关。工程中常用各倍频程中心频率处隔声量的算术平均值来表示某一构件的隔声性能，称平均透声损失或平均隔声量用表示。通常取500Hz的隔声量作为平均值，记作R500。隔声量（R）110lgR（7-4）R2.单层密实均匀构件的隔声性能隔声墙：板状或墙状的隔声构件。单层隔声墙：仅有一层墙板。单层隔墙的隔声量-频率特性曲线隔声性能与材料的刚性、阻尼、面密度有关。按频率分为三个区域，劲度和阻尼控制区、质量控制区、吻合效应和质量控制延续区。劲度和阻尼控制区当频率低于隔声件最低共振频率时，隔声量由劲度决定，劲度越大，隔声量越大；频率增加进入共振频率及谐波控制的频域，在共振频率处隔声量最小，主要由阻尼控制。质量控制区此区域是隔墙的质量（面密度）起主要控制作用。质量越大，频率越高，隔声量越大。单层匀质隔声构件的隔声性能主要取决于构件的面密度和声波的频率，即质量定律。吻合效应和质量控制延续区某一频率的声波以一定的角度入射到构件表面，当入射声波的波长在构件表面上的投影恰好等于板的弯曲波波长时，墙板振动最大，透声最多，隔声量显著下降，不再遵守质量定律的现象。图2-27吻合的成立条件吻合效应的条件bsin入射角临界频率产生吻合效应的最低频率称临界频率。其大小与隔墙材料的面密度、厚度和弹性模量有关。质量定律延伸区在高于吻合频率的高频段，隔墙的隔声量仍遵循质量定律，固称为“质量定律延伸区”。cf隔声设计中，必须使隔绝的声波频段避开低频共振频率与吻合频率，利用质量定律来提高隔声量。隔声原理：中间的空气层对第一层结构的振动具有弹性缓冲作用和吸收作用，使声能得到一定的衰减后再传到第二层，能突破质量定律的限制，提高整体隔声量。空气层厚度增加，隔声量增加。一般取其厚度为8～10cm。双层结构边缘与基础间为弹性连接。3.双层隔声结构双层结构：两个单层结构中间夹一定厚度的空气或多孔材料的复合结构。4.隔声罩的设计与应用对体积较小的噪声源，直接用隔声结构罩起来，可获得显著的降噪效果，即为隔声罩。特点使工作所在的位置的噪声降低到所需程度，且技术措施简单、体积小、用料少、投资少。组成由罩板、阻尼涂料和吸声层构成。分类一般分为全封闭、局部封闭和消声箱式隔声罩。隔声罩的设计与应用①必须与生产工艺的要求相吻合，不能影响机械设备正常工作及不能妨碍操作及维护。②尽量选择隔声性能好的轻质复合材料，最好在板的内表面涂敷阻尼材料；隔声罩内表面应进行隔声处理。③罩板面尽量不与设备表面平行。④避免声罩与声源间的刚性连接，隔声罩与地面间应设隔振措施。⑤隔声罩应尽量密封和避免开孔，否则会使隔声量大大下降。⑥为满足设计要求，可设计几种隔声罩结构，对它们的隔声性能及技术指标进行比较，根据实际情况及加工工艺要求，最后确定一种设计方案。§7.2消声器一、消声器的性能和形式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。分类降低一般空气动力设备进排气噪声阻性消声器、抗性消声器、阻抗复合式消声器降低高强度噪声节流减压消声器、小孔喷注消声器等。消声器入口处声功率级与出口处的声功率级之差,又称传声损失。(7-6)•传递损失反映消声器自身的特性，与声源等因素无关；•适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。1.传递损失TLL112210lgR1WL2WL（一）消声器的声学性能消声器进口端平均声压级（）与出口端平均声压级（）之差。(2-168)•这种测量方法易受气象条件、背景噪声等影响，误差较大，较少采用。2.减噪量NRL12NRppLLL1pL2pL系统安装消声器前、后在系统外某点分别测得的声压级Lp1与Lp2之差。12ILppLLL3.插入损失ILL优点：直观实用，测量简单；适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。4.衰减量LA又称轴向衰减，指消声器通道内沿轴向两点间的差值。适用于直管式消声器消声性能的平价。涉及到消声器的消声性能时，必须注明选用什么评价量，在何种环境或条件下测定的。(二)消声器的气体动力性能231.2kg/mm/spp压力损失又称阻力损失，指消声器两端气流的静压差。对于管道式消声器，压力损失的理论计算式为气体密度，；消声器通道内气体平均流速，；阻力系数。2.气流噪声消声器内通过的气流受到阻碍，将产生比普通管道较大的噪声，称消声器气流噪声。组成包括两部分：一部分是再生噪声，以中高频为主，且近似与气流速度的六次方成正比；另一部分辐射噪声，以低频为主，且近似与气流速度的四次方成正比。一般压缩机、鼓风机的消声器，流速控制在20～30m/s；内燃机消声器，流速不超过50m/s。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。1.消声原理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，因摩擦阻力和黏滞力将声能转化为热能，达到消声的目的。图2-38阻性消声器结构示意图e.蜂窝式a.直管式b.片式f.消声弯头c.折板式d.声流式2.阻性消声器的特点能较好地消除中、高频噪声，而对低频的消声作用较差。主要用于对中、高频噪声的吸收。消声器长度越长，内饰面吸收面积越大，消声效果越好，能在较宽的中高频范围内消声。高频失效当通道面积较大时，高频声波将以窄束的形式沿通道中央穿过，不与或少与周边的吸声材料饰面接触，使消声量急剧下降的现象。克服高频失效的措施小风量细管道可选用直管式；较大风量粗管