X型消声器在噪声治理中的应用分析

　　引　言

　　消声器是安装在空气动力设备(如鼓风机、空压机等)气流通道上或进、排气系统中的降低噪声的装置[1-4]。由于消声器能够阻挡声波传播,允许气流通过,是控制噪声的有效工具。根据环保法规的规定,对空气动力设备由于气流的流动造成的噪声必须进行治理,因此X型消声器在工业系统中得到广泛和有效的应用。为了便于分析,这里主要以抗性消声器为代表进行分析。

　　1　抗性消声器的结构与原理

　　抗性消声器它的特点是没有敷设吸材料,因而不能像阻性消声器那样敷放吸声材料来降低噪声,而是由实变界面的管和室组合而成(如图1),如同一个声学的滤波器,与电学滤波器相似,每一个带管小室是滤波器的一个网孔,如图1所示。

　　管中的空气质量相当于电学的电感和电阻,称为声质量和声阻,用Ma及Ra表示,小室中的空气体积相当于电学中的电容,称为声顺用Ca表示。不同的管和室的组合,相当于不同的声质量、声阻和声顺的组合。与电学中的滤波器类似,每一个带管的小室都有自己固定频率,当包含有各种频率成份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波滤波器。选取适当的管和室进行组合,就可以滤掉某些频率成份的噪声,从而达到消声的目的。

　　抗性消声器适用于消除中、低频噪声,主要有扩张式和共振式两种类型,现以扩张室式消声器加以分析。

　　扩张室式消声器也称膨胀式消声器是利用管道横截面的扩张和收缩引起的声反射和干涉来进行消声。

　　单节扩张室式消声器是由连管和扩张室组成的,如图2所示,它的消声量ΔL(单位为dB)为

　　式中:l—扩张室的长度,单位为m, m, m1,m2—扩张比,m=S2/S1,m1=S/S1,m2=S/S2,K为波数K=2πf/e

　　通常把扩张室式消声器的出口和入口管径设计为同样尺寸,即m=m1=m2,此时等式(1)就变成

　　从公式(1)和(2)中可以看出,这种消声器的频率特性是由室长决定的,当正弦函数sin2Kl=1时,消声量最大;而当sin2Kl=0时,消声量等于零。正弦函数是周期性函数,因此,消声量和频率的关系也是周期性。另外,这种消声器的最大消声量是由扩张比决定的,在一定范围内;消声量随扩张比的增大而增大。

　　若把单节扩张室式消声器串联使用,组合成多节扩张室式消声器则可以增加消声量,若多节扩张室采用不同的长度,并将扩张室的入口管和出口管分别插入扩张室内,则可以使各节扩张室的频率互相错开,从而避免出现某些频率附近根本不消声的现象,改善消声器的频率特性,这种内插管的方法。最常用的是一根插入管插入扩张室长度的1/2,另一个插入扩张室长度的1/4如图3所示。