噪聲污染降噪及其控制技術方案

第一節  概述

第二節  聲學基礎

第三節  噪聲的評價和標準

第四節  噪聲控制技術——吸聲

第五節  噪聲控制技術——隔聲

第六節  噪聲控制技術——消聲

第七節  噪聲控制技術——有源噪聲控制簡介

 (一)消聲原理

消聲器：允許氣流通過，又能有效阻止或減弱噪聲向外傳播的裝置。

性能：優良的消聲器可使氣流噪聲降低20～40dB(A)

種類：按其消聲機理和結構大致可分為

1.對消聲器的要求

（1）消聲量大

正常工況下，在所要求的頻帶范圍內應有足夠大的消聲量

（2）壓力損失小

對氣流阻力小，壓力損失要    控制在允許的范圍內，不影  響設備的正常工作。

（3）適應性廣

材質耐用，耐高溫、耐腐蝕、耐       潮濕、耐粉塵，結構簡單、體積小、重量輕，便于制作安裝和維修。

（4）外形美觀

外形美觀大方，表面裝飾應與設備總體相協調 。

(一)阻性消聲原理  

阻性消聲器：利用吸聲材料消聲的吸收型消聲器。吸聲材料相當于電阻，故稱阻性消聲器。

原理：將吸聲材料固定在

  氣流通道內，利用聲波在多孔吸聲材料中傳播時，因摩擦阻力和粘滯阻力將聲能轉化為熱能，達到消聲的目的。

(二)阻性消聲器的結構形式

1.單通道直管式消聲器

4.聲流式消聲器

結構：將折板式的折角變為平滑弧形板。

原理：當聲波通過時，增加反射次數，并對某些頻率的聲波產生吻合振動，從而改善吸聲性能。

特點：可使氣流較為通暢地通過，達到高消聲、低阻損的要求。

5.蜂窩式消聲器

結構：若干個小型直管消

  聲器并聯而成，形似蜂窩。

原理：小型管道的周長與截面積之比值P/S比直管式和片式大，所以消聲量較高。

特點：小管的尺寸很小，使上限失效頻率大大提高，改善了高頻消聲特性。

計算：一個小型直管消聲器的消聲量就可以表示整個消聲器的消聲量。

6. 消聲彎頭

結構：在彎管壁面襯貼吸聲材料。其形式有圓管彎頭、矩形管彎頭、圓弧形彎頭和直角形彎頭等。

原理：消聲彎頭能改變管道內氣流的方向。

特征參數：

彎頭上襯貼吸聲材料的長度,一般相當于管道截面尺寸的2～4倍。

彎頭的插入損失大致與彎折角度成正比，如30°彎頭

的插入損失僅為90°彎頭的1/3。

對于無規則入射，180°彎頭的減噪量約為90°彎頭的1.5倍。

 (三)阻性消聲器性能的影響因素

1. 頻率的影響

高頻失效：在一定截面積的氣流通道中，當入射聲波的頻率高至一定限度時，由于方向性很強而形成“光束狀”傳播，很少接觸貼附的吸聲材料，消聲量明顯下降的現象。

上限失效頻率    ：產生高頻失效所對應的頻率。

2. 結構的影響   

阻性消聲器結構設計時，在高頻失效頻率附近采取下述辦法可顯著提高高頻消聲效果。

小風量細管道可選用直管式；較大風量粗管道須采用多通道形式。

消聲器通道中加裝消聲片或將消聲器設計成片式、折板式、蜂窩式或彎頭式等，可提高中高頻消聲效果。

問題？

對低頻效果不明顯；

通道過多或出現彎曲，會顯著增加阻力損失，使消聲器的空氣動力性能下降。

3. 氣流的影響

氣流再生噪聲：高速氣流經過消聲器時因局部阻力和摩擦阻力形成湍流產生的噪聲。

輻射噪聲：高速氣流激發消聲器構件振動

倍頻帶的氣流再生噪聲的聲功率

氣流再生噪聲的大小主要取決于氣流的速度和消聲器的結構。氣流速度增加，聲功率提高，使消聲量減少，當氣流速度高到一定程度時，消聲量變為負值，此時消聲器失去消聲作用。

所以消聲器的設計不應使氣流的流速過高，否則不僅消聲器的性能受到影響，而且空氣動力性能也會變差。

3抗性消聲器

原理：利用聲抗大小來消聲。

基本類型:

與阻性消聲器不同，抗性消聲器不使用吸聲材料，主要是利用聲抗的大小來消聲, 依靠管道截面的突變或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變，而產生聲波的反射、干涉現象,從而降低由消聲器向外輻射的聲能，達到消聲的目的。

特點：選擇性強，適于窄帶噪聲和低、中頻 噪聲。

(一)擴張室消聲器

擴張室消聲器：抗性消聲器最常用的結構形式。

單節擴張室消聲器：由擴張室和連接管組成，是最基本形式。

  4. 改善消聲頻率特性的方法

單節擴張室消聲器的主要缺點是存在許多通過頻率，在通過頻率處的消聲量為零。

解決的方法通常有兩種：

一是在擴張室內插入內接管

二是將多節擴張室串聯

在擴張室內插入內接管

當插入管長度為    時，可消除式           中  為奇數的通過頻率。

當插入管長度為   時，可消除式            中  為偶數的通過頻率。

將二者結合，則可得到較為理想的消聲效果（虛線）。

多節擴張室串聯

將多節擴張室消聲器串聯，各室長度設計為不同數值,使各自的通過頻率互相錯開（如使后一節的通過頻率恰好是前一節的最大消聲頻率），可改善整個消聲頻率特性，提高消聲量

由于各節間的耦合現象，總消聲量≠各節擴張室消聲量的算術和。

在實踐中，通常將上述兩種方法結合使用�？紤]到消聲器的空氣動力性，串聯的腔室一般以2～4腔為宜。

圖2-42   多節擴張室串聯消聲器

(二)共振消聲器

特別適合于低、中頻突出的噪聲，且消聲量比較大

在一段氣流通道的管壁上開一些小孔，使其與管外閉合的空腔相通，就構成了共振消聲器

最簡單的結構形式：單腔共振消聲器

1.消聲原理與消聲量的計算

共振消聲器實質上是共振吸聲結構的一種應用，其基本原理基于亥姆霍茲共振器。

管壁小孔中的空氣柱類似活塞，具有一定的聲質量，密閉空腔類似于空氣彈簧，具有一定的聲順，二者組成一個共振系統。

當聲波傳至頸口時，在聲壓作用下空氣柱產生振動，振動時的摩擦阻尼使一部分聲能轉換為熱能耗散掉。同時，由于聲阻抗的突然變化，一部分聲能將反射回聲源。

當聲波頻率與共振腔固有頻率相同時，便產生共振，空氣柱振動速度達到最大值，此時消耗的聲能最多，消聲量也就最大。

 1.消聲原理與消聲量的計算

當聲波波長大于共振腔消聲器的最大尺寸的3倍時，其共振吸收頻率為

工程上應用的共振消聲器很少是開一個孔的，而是由多個孔組成。

注意各孔間要有足夠的距離，當孔心距為小孔孔徑的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，即

                             (n為孔數)。

圖2-45給出不同情況下共振腔消聲器的消聲特性曲線

4阻抗復合式消聲器

消聲原理：阻性和抗性原理的結合。當聲波波長較長時，阻抗復合后因耦合作用而相互干涉，聲波的衰減機理極復雜，難以確定簡單的定量關系。

消聲量：應用中，由試驗或實測確定。

阻性-擴張室復合消聲器

可在低中高頻范圍內獲得良好的消聲效果消聲值20dBA用在風機進出口上。

阻性-共振腔復合消聲器

在低中高頻的寬廣范圍有較好的消聲性能消聲值20～30dBA消除壓縮機噪聲

5微穿孔板消聲器

（一）消聲原理

原理：利用微穿孔板吸聲結構制成的一種高聲阻、低聲質量新型消聲器，是阻抗復合式消聲器的一種特殊形式。

由理論分析可知

聲阻與穿孔板上的孔徑成反比。與一般穿孔板相比，微穿孔板吸聲結構由于孔很小,所以聲阻就大得多，從而提高了結構的吸聲系數

低穿孔率降低了其聲質量，使吸聲頻帶寬度得到展寬，同時微穿孔板后面的空腔能夠有效地控制共振吸收峰的位置。

結構：在厚度小于1mm的金屬板上鉆許多孔徑為

        0.5～1mm的微孔，穿孔率一般為1%～3%，   

        孔板后留有一定的空腔，構成微穿孔板吸聲

        結構。

（一）消聲原理

 單層管式消聲器是最簡單的微穿孔板消聲器，是一種共振式吸聲結構。

 (一)消聲器設計程序和要求

（1）根據相關環境保護和勞動保護標準，適當考慮設備具體條件，合理確定實際所需的消聲量，分析噪聲源的頻譜特性。

（2）根據氣流流量和噪聲源的頻譜特性選定消聲器的結構形式。

高頻噪聲選擇阻性消聲器

中低頻噪聲選擇抗性消聲器；

抗性消聲器的結構形式較多，可根據需要消聲的頻帶范圍，組合消聲器的腔室。

 1.阻性消聲器的設計

設計步驟

（1）根據氣流流量和流速，計算所需要的通道截面，并由此來選定阻性消聲器的形式。

（2）選用吸聲材料。  

（3）選用護面結構。

（4）根據“高頻失效”和氣流再生噪聲的影響驗算消聲效果。

設計步驟

 （1）根據氣流流量和流速，計算所需要的通道截面，并由此來選定阻性消聲器的形式。

一般認為，當氣流通道截面的當量直徑小于300mm，可選用單通道直管式當直徑在300～500mm時，可在通道中加設一片吸聲 層或吸聲芯；

當通道直徑大于500mm時，則應考慮把消聲器設計成片式、蜂窩式或其它形式。

消聲器長度由噪聲源的強度和降噪現場要求來決定，并考慮所允許的安裝空間尺寸，一般為1～3m。

（2）選用吸聲材料。

一般應考慮吸聲頻率范圍、吸聲系數的大小、吸聲材料厚度；同時還要考慮消聲器的使用環境，在高溫、潮濕、有腐蝕性氣體等特殊環境中，應考慮吸聲材料的耐熱、防潮、抗腐蝕性能。

（3）選用護面結構。

阻性消聲器中的吸聲材料是在氣流中工作的，必須選用護面結構固定起來。常用的護面結構有玻璃布、穿孔板或鐵絲網等。如果選取護面不合理，吸聲材料會被氣流吹跑 或使護面結構激起振動，導致消聲性能下降。護面結構形式主要由消聲器通道內的氣流速度 決定，見表2-21所示。

表2-21   不同流速條件下的護面結構

設計步驟

（4）根據“高頻失效”和氣流再生噪聲的影響驗算消聲效果。

設計步驟

（4）根據“高頻失效”和氣流再生噪聲的影響驗算消聲效果。

（1）擴張室消聲器的設計

① 根據聲源的頻譜特性，合理分布最大消聲頻率，據此確定各節擴張室及其插入管的長度。插入管的長度一般按1/4和1/2腔長設計。

② 根據需要的消聲量和氣流速度，確定擴張比，設計擴張室各部分截面尺寸。一般擴張比m取9＜m＜16，在允許的范圍內，盡量選用較大的，但最大不宜大于20。

③ 驗算所設計的擴張室消聲器的上、下限截止頻率是否在所需要的頻率范圍以外，否則應參照有關要求重新修改設計方案。驗算氣流對消聲量的影響，檢查在給定的氣流速度下，消聲量是否還能滿足要求，否則應重新設計，直到滿足為止。

（2）共振消聲器的設計

①根據實際消聲要求，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）；

②用公式（2-185）或查表計算，求出相應的K值

③根據K值確定相應的傳導率G、消聲器體積V和S，使之達到K值的要求。

④根據體積V和傳導率G設計消聲器的具體結構尺寸。對某一確定的V值，可以有多種不同的共振腔形狀和尺寸，對某一確定的G值也有多種的孔徑、板厚和穿孔數的組合。在實際設計中，應根據現場條件和所用的板材，首先確定幾個量，如板厚、孔徑和腔深等，然后再設計其它參數。