噪声振动第6章2Word下载.docx
- 文档编号:21311984
- 上传时间:2023-01-29
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:166.03KB
噪声振动第6章2Word下载.docx
《噪声振动第6章2Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《噪声振动第6章2Word下载.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
超细玻璃棉
15
2.5
0.02
0.07
0.22
0.59
0.94
上海
5
0.05
0.24
0.72
0.92
0.90
0.98
10
0.11
0.85
0.88
0.83
0.93
0.97
20
0.10
0.35
0.86
0.25
0.60
0.87
矿渣棉
240
6
0.55
0.78
0.75
0.91
北京
8
0.65
150
0.30
0.84
工业毛毡
370
0.50
0.52
7
0.18
0.43
0.53
0.54
聚氨脂泡沫塑料
40
4
0.19
0.36
0.70
0.80
45
0.20
0.40
0.95
木丝板
2
0.15
0.16
0.34
0.48
0.42
0.82
0.63
水泥膨胀珍珠岩板
350
0.46
0.64
0.56
0.47
矿渣膨胀
珍珠岩吸声砖
700-800
11.5
0.38
0.69
影响多孔材料吸声性能的主要因素有:
1)材料的空隙率q:
多孔材料中通气的孔隙体积与材料总体积之比称为空隙率。
一般多孔吸声材料的空隙率在70%以上。
2)吸声材料的结构特性:
材料吸声系数与材料的结构特性有关。
材料的结构特性在这里指材料的厚度和容重。
吸声材料的厚度关系到它的吸声频率特性。
一般说,低频声的吸声性能随材料厚度的增加而提高,但厚度增加对高频声的吸收影响不明显,因为高频声在吸声材料表面就被吸收。
图6-4给出了容重为15kg/m3的超细玻璃棉的吸声系数随厚度变化的情况。
图6-4超细玻璃棉的吸声特性
实验表明,某种吸声材料的容重一定时,吸声系数的大小取决于厚度D与频率f的乘积fD。
由图6-4可见,每一种厚度的材料的吸声系数有一个极大值,相应的频率称为吸声共振频率fr,此时frD=5kHzcm,共振吸声系数r=0.9~0.99。
当频率低于fr时,随f降低而逐渐减小,通常把减小到r/2时的频率称为下限频率fz,把fr到fz的频宽称为下半频带宽。
值通常在1~1
倍频程内,fr与fz的关系为:
fr=2fz。
材料容重增加时,空隙率相应降低,能改善低频吸声效果,但高频吸声效果降低。
容重过大,吸声效果会明显降低。
材料厚度一定的多孔材料,改变它背后空气层的厚度,对吸声性能有很大影响。
通常,在空气层厚度等于1/4波长的奇数倍时,可获得该频率最大吸声系数。
(2)吸声结构及其吸声材料
一般的吸声结构都是共振结构,利用共振的原理吸收声能,往往能获得较好的低频吸声效果。
常用的吸声结构有下列几种:
1)薄板共振吸声结构:
薄板共振吸声器是一种盒式吸声结构,如图6-5所示,它是用不透气的薄层(如胶合板、硬质纤维板等),四周固定,并在背后留有一定厚度的空气层组成。
板后的空气层相当于弹簧,当声波入射到薄板时,由于声压的作用,迫使薄板产生振动,使板发生弯曲变形,出现内摩擦,使部分振动能转变为热能而消耗掉。
当入射声波与振动系统的固有频率接近时,发生共振现象,此时振动最大,吸声最显著。
薄板共振吸声结构具有较强的频率选择特性,一般应使吸声结构的共振频率f0接近要吸收的声波的频率。
f0可由下式计算:
(Hz)(6-15)
m—单位面积板的重量(kg/m3);
D—板后空气层的厚度(cm)。
由此可见,m和D越大,f0越低,对低频吸声有利。
f0一般在80~300Hz之间。
图6-5薄板共振吸声结构图6-6单个共振吸声器
一般薄板结构的共振吸声系数约为0.2~0.5。
若在空气层中填多孔吸声材料,则吸声效果更好。
2)穿孔板共振吸声结构:
穿孔板共振吸声结构可以看成是多个共振吸声器组合而成的。
单个共振吸声器又称为亥姆霍兹共振器,是一个具有开口的体积为V的空腔,如图6-6所示。
开口的直径为d,孔颈长为L,空腔中的空气相当于一个弹簧,当声波入射到颈中空气时,颈中的空气发生象活塞一样往返振动,它与颈壁的摩擦作用,使一部分声能转化为热能而消耗。
当外来声波的频率与共振器的固有频率相同时,就发生共振,此时的吸声效果更好。
亥姆霍兹共振器的共振频率可由下式求出:
(Hz)(6-16)
C—空气中声速,取340m/s;
V—共振腔体积(m3);
G—传导率(m),
;
d—共振腔开口直径(m);
L—共振腔孔颈长度(m)。
单个共振吸声器频率选择性很强,吸声频带很窄,f0一般在几十至几百Hz,往往用于低频吸声。
在工程实践中,常把多个共振吸声器组合起来形成组合共振吸声器,以改善其频率特性。
组合共振吸声器实际上是一块打了许多孔的穿孔板,其后设置空腔,因此又称为穿孔板吸声结构。
它的共振频率f0可用下式计算:
(6-17)
P—穿孔率,即穿孔面积占总面积的百分比;
D—穿孔板后空气层厚度(m);
Lk—颈的有效长度(m)。
当穿孔孔径d>
t,t为板厚(m)时,Lk由下式求得:
Lk=t+0.8d(6-18)
当空腔内壁贴吸声材料时:
Lk=t+1.2d(6-19)
穿孔板吸声结构的吸声系数可由实验测得,当>
0.5时,吸声结构的频带宽度f为:
(6-20)
0—共振波长(m)。
式(6-20)和实验研究结果说明,当穿孔率一定时,穿孔板吸声结构的吸声系数和吸声频带宽度f与颈的有效长度Lk有关:
Lk越小,和f数值越大,而Lk又与板厚t和孔径d有关,t和d越小,Lk也越小。
因此,近年来有人研究出一种新型的吸声结构,即微穿孔板吸声结构。
它是在厚度小于1mm的薄金属板上面钻孔径小于1mm的微孔,穿孔率1~5%,后面留一定厚度空气层,其吸声系数大,吸声频带宽,远优于穿孔板吸声结构。
由于它使用金属板,特别适用于高温、高速和潮湿条件下的吸声处理。
(3)空间吸声体
前面介绍的吸声材料或吸声结构一般安装在墙面或屋顶上,只有一个表面起吸声作用,吸声系数均小于1。
如果把它们单独一块块地吊在天花板上或悬挂在墙上,则声波既可以被向着声源的一面吸收,由于绕射和墙面的反射作用,还可被背着声源的一面吸收,有效扩大了吸收面积。
这种吸声结构叫空间吸声体。
实验证明,空间吸声体悬挂的面积取房间天花板面积的35~40%(或房间内表面的20%)为最佳,过大、过小吸声效果不显著。
悬挂的高度以房间净空的1/7~1/5为好。
空间吸声体可以根据需要作成各种形状和尺寸。
一般是在钢制或木制的框架内填进吸声材料(如超细玻璃棉、泡沫塑料、矿棉等),再用塑料纱、玻璃纤维布、金属丝网或穿孔板罩面。
2.隔声(soundisolation)
用屏蔽物使入射声反射而隔断声波的传播,或者用围护结构把噪声控制在一定范围内,这种方法叫做隔声。
隔声罩和屏障是工厂控制噪声的最有效的方法之一。
隔声处理可分为空气声的隔绝和固体声的隔绝两类。
本章仅介绍前者。
(1)隔声原理
声音在传播的途径上,遇到屏障时,声能E0的一部分E1被屏障反射,一部分E2被吸收,剩余部分E3则透过屏障,传到屏障的另一面。
隔声结构的隔声性能可用隔声量R(或称传声损失、透射损失TL)衡量,单位是分贝。
隔声量用下式表示:
(dB)(6-21)
Ii、It—分别为入射声和透射声声强(W/m2)。
透射声强与入射声强的比称为透声系数:
(6-22)
所以
(6-23)
可以看出值越小,R值越大,隔声性能越好。
隔声结构的隔声性能与入射声的频率有关,常用125、250、500、1000、2000、4000Hz六个频率的R值表示隔声结构的性能。
为简便起见,也可用500Hz一个频率的R值表示它的隔声量。
R值一般是在标准的隔声试验室测得。
(2)单层均匀结构的隔声性能
单层均匀结构的隔声性能是由它的面密度、劲度和阻尼决定的。
图6-7是理论计算求得的典型单层均匀结构的隔声频率特性曲线。
随频率的升高分为四个区:
劲度控制区(Ⅰ);
阻尼控制区(Ⅱ);
质量控制区(Ⅲ)和吻合效应和质量控制延续区(Ⅳ)。
频率很低时,劲度起控制作用,隔声量随频率升高而降低;
在第Ⅱ区,随频率升高,质量效应增大,在某些频率处产生共振,隔声量出现数个低谷,结构振幅的大小决定于它的阻尼,隔声量的降低与阻尼有关,阻尼大,隔声量降低就小;
频率继续升高就进入第Ⅲ区,构件的质量起主要作用,结构的面密度(kg/m2)越大,其惯性阻力越大,越不易发生振动,隔声量越大。
而密度与隔声量的这一关系叫“隔声质量定律”。
在这一区,当结构的面密度一定时,声音的频率越高,隔声量越大,这就是我们听隔墙那边的声音时,总感到沉闷不清的原因;
频率再升高,便进入第Ⅳ区,在此区的临界频率f0处,出现隔声的低谷。
图6-7隔声量与频率关系示意图图6-8波的吻合效应
当声波以入射角入射到板面时,声波的波长在板面上的投影恰等于板的自由弯曲波的波长时,即会发生共振,使投射声波显著增大,这称为“吻合效应”,如图6-8所示。
这时的频率称为吻合频率fθ,产生吻合效应的最低频率称为临界频率fc。
用下式计算:
(6-24)
C—声速(m/s);
—板的厚度(m);
m—构件的密度(kg/m3);
E—板的弹性模量(N/m2)。
隔声结构设计时,为避免吻合效应的发生,工程上可以采取在结构表面涂加阻尼层的办法。
例如可以在钢板的表面涂贴沥青加纤维、毛毡类组成的阻尼层(厚度不小于钢板厚的3倍)。
质量控制区是研究的重要区域。
在正入射条件下,隔声量可用下式估算:
R=20lgf+20lgm-42.5(dB)(6-25)
在实际工作中,声波为无规则入射时,隔声量要比质量定律预计的小4~5dB,故可用下式计算:
R=20lgf+20lgm-48(dB)(6-26)
f—声波频率(Hz);
m—单层结构的面密度(kg/m2)。
(3)双层结构的隔声
从隔声定律知,增加密度或厚度可以提高单层结构的隔声量。
但是,当对隔声量要求很高时,单层结构就显得笨重而不经济。
研究发现,若在两个单层结构(如砖墙、木板墙等)中间留出空气间隙,或在间隙中填充一些吸声材料,组成双层隔声结构,就能大幅度提高它的隔声量。
一般说,双层隔声结构比同样重量的单层结构隔声量大5~10dB;
当隔声量相同时,双层结构的重量要比单层结构减少2/3到3/4。
双层结构隔声性能好的主要原因是:
中间的空气层(或填有吸声材料的空气层)对声波引起的第一层的振动具有弹性缓冲作用和吸声作用,使振动得到较大衰减后才传到第二层,因而提高了整体的隔声量。
双层结构中间的封闭空气层相当于一个弹簧,使整个结构的性能类似于“质量—弹簧—质量”组成的共振系统。
声波以法向入射时的共振频率称为基本共振频率f0:
(Hz)(6-27)
m1、m2—分别为两层的面密度(kg/m2);
d—空气层厚度(cm);
0—空气密度(kg/m3)。
在共振频率f0下,隔声量几乎为零。
低于f0时,双层结构将做整体振动,隔声量很快提高。
只有当入射声波的频率为
f0时,隔声量才开始超过按质量定律所得的数值,双层结构的隔声性能才得以充分发挥。
双层结构的隔声量可用下面近似公式计算:
(6-28)
R—混响场隔声量(dB);
R1、R2—组成双层结构的每一单层的隔声量;
M—与双层结构等重的单层结构的面密度;
fi—频率,
(Hz);
C0—标准状态下空气中的声速,C0=340m/s。
当f>
fc时,双层结构的隔声量比等重单层结构隔声量提高一个隔声增量R:
(6-29)
—损耗因子,它是指共振时每振动一弧度所损失的能量与总振动能的比值。
双层结构的隔声量与空气层厚度d有关,厚度d增加,隔声增量增加。
实践证明,当d>
10cm时,R增加趋于缓慢,因此,工程实践中一般取d=8~10cm。
双层间若有刚性连接,将显著降低隔声量,下降的多少与连接情况有关,因此在实践中应尽量避免刚性连接,而宜采用柔性连接。
双层结构中空气层内填充吸声材料,在结构的受声侧附加一薄层弹性面层,或采取其它增加阻尼的措施,可以使吻合效应显著减弱,从而明显提高隔声量。
(4)隔声罩和隔声间
隔声罩是在产生噪声的设备周围用隔声结构制成的罩子,它能使传出的噪声显著减弱。
因此隔声罩是目前抑制机械噪声较好的办法,是应优先考虑采用的降噪措施。
隔声罩要取得较好的降噪效果,必须满足一定的条件。
一般机器的隔声罩是由罩板、阻尼涂料和吸声层构成。
小型设备一般采用1~3mm厚的钢板作罩板,当厚度为1,2,3mm时,隔声量分别为25,29,32分贝。
其形状与声源设备轮廓相似,最好为曲面形体,尽量少用方形,以防止驻波效应,使隔声量降低。
罩体应有一定厚度的阻尼层,厚度不小于罩壁厚度的2~4倍,以有效抑制共振的不利影响。
隔声罩内应衬吸声材料,平均吸声系数
不应低于0.5,否则罩内混响声会使实际隔声效果受影响。
隔声罩要密封,缝隙和孔洞将严重影响其隔声性能。
由于操作、维护、检修的要求,需开孔或穿过管道等,要采取必要的密封、减振及消音措施。
隔声罩与发声设备之间不能有刚性连接。
隔声罩的隔声性能采用插入损失进行衡量。
设未加隔声罩的噪声源向周围辐射噪声的声功率为W1,加罩后透过隔声罩向周围辐射噪声的声功率为W2,则隔声罩的插入损失为:
D=W1-W2(dB)
若加罩前后罩外声场分布情况大致不变,则D也就是罩外给定位置上声压级之差。
当罩内壁作吸声处理后,在
>
时,D可用下式计算:
(6-30)
—隔声罩壁面的平均隔声量(dB);
—隔声罩内表面的平均吸声系数;
A—隔声罩内表面的吸声总量,
S—隔声罩内表面积(m2);
Si、i——不同吸声材料的内表面积和相应的吸声系数。
当车间内噪声源很多时,若对每个噪声源都设置隔声罩,则工作量大且很不经济。
这时可以在车间内建造一个隔音间,即用隔声围护结构建造一个安静的小环境,人在里面操纵、观察和控制,防止外面噪声传入。
因此隔声间的形式与隔声罩正好相反,但在隔声原理上和隔声量计算方法上是相同的,只是变换了声源和受声点的相对位置。
隔声间可以用金属板建造,也可用土木结构建造。
由于人在里面操作,除了满足隔声要求外,还需要满足人对温度、通风、照明的要求,并要有一定的装饰,特别是要采用特制的隔声门、隔声窗。
隔声间各面的墙、门窗、天花板等有不同的透声系数,计算隔声间的隔声量时应先计算平均透声系数
(6-31)
然后计算隔声间的平均隔声量
:
(6-32)
式中i和Si为隔声间各表面的透射系数和相应的面积。
当墙有孔洞时,可用=1估计孔洞的透声。
隔声间的插入损失仍按式(6-30)计算。
(5)隔声屏
在某些场合,由于实际条件所限,例如由于机器操作、维护等要求,或交通噪声的控制,不宜采用全封闭性的隔声措施,这时可采用隔声屏来降低某区域的噪声。
所谓隔声屏就是放在噪声源和受声点间的用隔声结构制成的屏障,它能使屏障后形成一个声影区,使噪声降低。
隔声屏的隔声效果与声波的频率高低、屏障的大小有关。
声波具有绕射的特性,高频噪声因波长短,绕射能力差,隔声屏效果好;
低频噪声波长长,隔声屏效果较差。
隔声屏宜用厚而重的材料制成,而面向声源一侧也可贴吸声材料。
3.消声器
消声器是一种能使噪声衰减而气流能顺利通过的装置,因此它是控制气流噪声通过管道向外传播的有效工具,一般装在空气动力设备的气流通道或进气、排气口上。
消声器种类很多,根据声能衰减原理,基本上可分为四类:
阻性消声器、抗性消声器、复合式消声器和微穿孔板消声器。
(1)阻性消声器
阻性消声器是用吸声材料按一定排列方式固定在气流通道(或管道)内壁构成的,它通过吸声材料吸收声能而使噪声衰减。
阻性消声器对中、高频噪声消声效果好,结构简单,在实际中被广泛用于消除风机、燃气轮机等的进气噪声。
阻性消声器结构形式很多,主要有管式、片式、蜂窝式、折板式、迷宫式和声流式,其结构、特性、适用范围见表6-8。
表6-8阻性消声器的结构及性能
名称
图例
消声频率
阻力
流速(m/s)
适用范围
管式
中
小
<
中小型风机进排气消声
片式
大中型风机进排气消声
蜂窝式
中型风机进排气消声
折板式
中高
迷宫式
大
小型风机进排气消声
声流式
管式阻性消声器消声量(声衰减量)L按下式计算:
(dB)(6-33)
()—消声系数,与吸声系数有关,详见表6-9;
P—通道截面周长(m);
S—气流通道截面积(m2);
L—通道吸声材料的长度(m)。
表6-9()与的关系
0.60~1.00
()
0.39
1.00~1.50
管式消声器截面积不宜过大,否则以窄声束形式传播的频率很高的声波几乎不接触吸声材料,使消声量大大降低。
消声性能下降的频率称为高频失效频率fm,由下式确定:
(Hz)(6-34)
C—管道中声速(m/s)
D—消声通道截面平均边长(或直径)(m)。
阻性消声器的缺点是对低频噪声的效果很差,不适用于高温、高湿条件。
(2)抗性消声器
抗性消声器是通过管道截面的突变或者旁接共振腔的方法,利用声波的反射、干涉等来达到消声的目的。
抗性消声器具有中、低频消声性能,能在高温、高速、脉动气流下工作,适用于消除空压机、内燃机和汽车排气噪声。
常见的抗性消声器有扩张室式和共振腔式两种。
1)扩张室式:
扩张室式消声器是由扩张室和连接管接起来组成的,它是利用管道截面的突然扩大和缩小,造成通道内声阻抗的突变,使某些频率的声波因反射与干涉而不能通过,从而达到消声的目的。
图6-9是最典型的单节扩张室消声器,它的消声量L可用下式计算:
图6-9单节扩张室消声器
(dB)(6-35)
m—扩张比,
l—消声器的长度(m);
k—波数,
。
因为sinkl为周期函数,消声量L也随之做周期变化,kl为
的奇数倍时,sinkl=1,消声量最大;
当kl为的整数倍时,sinkl=0,消声量L=0,此时相应的频率叫通过频率fmin,即
(n=0,1,2,…)(6-36)
通过频率的声波可以完全无衰减地通过,不起消声作用。
为了克服这个缺点,通常作法是将扩张室入口管和出口管分别插入扩张室内;
或者用多节扩张室消声器串联起来,各节的长度不等,使通过频率互相错开。
与阻性消声器一样,扩张室消声器也存在高频失效现象,其有效消声的上限频率f上可用下式计算:
(Hz)(6-37)
D—扩张部分的几何尺寸(圆形截面为直径,矩形截面为其面积的平方根)(m)。
由上式可知,D越大,f上越小,即消声频带越窄,因此应用上选择扩张比m时,应兼顾消声量与频率范围。
扩张室消声器对很低频率的声波不仅不能起消声作用,反而起放大作用,因此它还有一个消声的下限频率f下:
(Hz)(6-38)
S—连接管截面积(m2);
V—扩张室的容积(m3);
l—连接管的长度(m)。
图6-10共振腔消声器
2)共振腔消声器:
共振腔消声器实际上是共振吸声结构的一种应用。
它是在一段气流通道壁上开孔,并与外面密闭空腔相通而构成的,主要有同心式和旁支式两种,如图6-10所示。
共振腔消声器的消声原理和亥姆霍兹共振吸声结构相同。
当外界的声波频率与共振腔消声器的共振频率相同时,整个系统发生共振,这时消声量最大。
它的共振频率f0可用式6-17计算,对频率为f的声音,其消声量D一般用下式估算:
(dB)(6-39)
G—传导率(m),它是颈孔的截面积S与颈的有效长度之比,
(n为孔数);
V—共振腔容积(m3);
A—通道截面积(m2)。
当频率f=f0时,共振腔消声器的声阻抗最大,消耗的能量最多,此时的消声量Dr为:
(dB)(6-40)
,R为共振腔消声器在开口处的声阻。
当频率f偏离f0时,共振腔消声器的消声量D迅速降低。
D降低的快慢与
(记作K)的大小有关,K越小,当频率f偏离f0时,D下降的速度越快。
实际工程中遇到的是
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 噪声 振动