著名的聲學(xué)專(zhuān)家、科學(xué)院院士馬大猷教授一九七五年在《中國(guó)科學(xué)》上發(fā)表了獨(dú)創(chuàng)的《微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論和設(shè)計(jì)》論文。二十多年來(lái)，根據(jù)馬先生的理論，微穿孔板結(jié)構(gòu)得到了迅速發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。我安百利電力輔機(jī)廠(chǎng)是把馬先生的理論應(yīng)用于實(shí)踐的單位之一，生產(chǎn)制造了各種規(guī)格的不同類(lèi)型的消聲器，并將小孔噴注和微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)成功結(jié)合于抗阻型消聲器中,并采用不銹鋼制造,使消聲器不怕水，耐溫防火，清潔，無(wú)污染，可耐高溫，耐腐蝕，能承受高連氣流沖擊。經(jīng)過(guò)上百家電廠(chǎng)及大型鍋爐排汽使用后,在吸聲降噪方面已經(jīng)得到實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。被列為重要環(huán)保降噪工程單位。 本文重點(diǎn)介紹微穿孔板消聲器的設(shè)計(jì)制造技術(shù),同時(shí)概述微穿孔板的加工制造技術(shù)。小孔噴注消聲器的設(shè)計(jì)制造請(qǐng)看下一篇
二、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)：
在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔徑小于1.0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之間，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空氣層，空腔內(nèi)不填任何吸聲材料，這樣即構(gòu)成了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。常用單層或雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)形式。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是一種低聲質(zhì)量、高聲阻的共振吸聲結(jié)構(gòu)，其性能介于多孔吸聲材料和共振吸聲結(jié)構(gòu)之間，其吸聲頻帶寬度可優(yōu)于常規(guī)的穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)。研究表明，表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數(shù)和頻帶寬度，主要由微穿孔板結(jié)構(gòu)的聲質(zhì)量m和聲阻r來(lái)決定，而這兩個(gè)因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關(guān)。微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的相對(duì)聲阻抗Z（以空氣的特性阻抗ρC為單位）用式（1）計(jì)算：
z=r+jwm=jctg(WD/C) ?。?） 式中：
ρ -- 空氣密度（公斤/厘米3）；
C -- 空氣中聲速（米/秒）；
D -- 腔深（穿孔板與后壁的距離）（毫米）；
m -- 相對(duì)聲質(zhì)量； r -- 相對(duì)聲阻；
w -- 角頻率，W=2πf(f為頻率)；
而r和m分別由式（2）（3）表達(dá)： r=atkr/dzp ?。?）
m=(0.294)×10-3tkm/p ?。?） 式中：
t-- 板厚（毫米） d-- 孔徑（毫米）
p-- 穿孔率（%） kr-- 聲阻系數(shù)
kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t
km--聲質(zhì)量系數(shù) km=1+(1+(1/(9+(x2/2))))+0.85d/t
其中x=ab f，a和b為常數(shù)，對(duì)于絕熱板a=0.147,b=0.32對(duì)于導(dǎo)熱板a=0.235，b=0.21。聲吸收的角頻帶寬度，近似地由r/m決定，此值越大，吸聲的頻帶越寬。
r/m=(l/d2)×(kr/km) (4) 式中
l-- 常數(shù)，對(duì)于金屬板l=1140,而隔熱板l=500。
上式也可以用式（5）表達(dá)
r/m=50f((kr/km)/x2) (5)
而kr/km的近似計(jì)算式為
kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2 (6)
利用以上各式就可以從要求的r、m 、f求出微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀，基聲阻r值比普通穿孔板大得多，而聲質(zhì)量m又很小，故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)大得多，一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲頻帶寬度可以達(dá)到6～10個(gè)1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)最大的特點(diǎn)。
共振時(shí)的最大吸聲系數(shù)α0為 α0=4r/(1+r)2 (7)
具體設(shè)計(jì)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)時(shí)，可通過(guò)計(jì)算，也可查圖表，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相近。在實(shí)際工程中為了擴(kuò)大吸聲頻帶的寬度，往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu)?！ ?/div>
三、微穿孔板消聲器
微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)在消聲技術(shù)領(lǐng)域也早有十分廣泛的應(yīng)用，利用微穿孔板聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的微穿孔板消聲器種類(lèi)繁多，最簡(jiǎn)單的是直管式消聲器，而多數(shù)是阻抗復(fù)合式消聲器。微穿孔板消聲器用金屬穿孔薄板制成，常見(jiàn)的微穿孔板可用鋼板(管)、不銹鋼板(管)、合金板(管)等材料制做，由于微穿孔板后的空氣層內(nèi)可填裝多孔性巖棉材料，即利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進(jìn)一步達(dá)到降噪消聲目的.其吸聲系數(shù)高，吸收頻帶寬，壓力損失很小，氣流再生噪聲低，且易于控制。為獲得寬頻帶高吸收效果，一般用雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)。微穿孔板與外殼之間以及微穿孔板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異，吸收低頻空腔大些（150~200毫米），中頻小些（80~120）毫米，高頻更小些（30~50毫米），雙層結(jié)構(gòu)的前腔深度一般應(yīng)小于后腔，前后腔深度之比不大于1：3，前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應(yīng)高于后層，為減小軸向聲傳播的影響，可在微穿孔板消聲器的空腔內(nèi)每隔500毫米左右加一塊橫向隔板。 單層管式微穿孔板消聲器是一種共振式的吸聲結(jié)構(gòu)。對(duì)于低頻消聲，當(dāng)聲波波長(zhǎng)大于共振腔（空腔）尺寸時(shí)，可以應(yīng)用共振消聲器計(jì)算式（7）來(lái)計(jì)算微穿孔板消聲器的消聲量LTL： LTL=10lg(1+(a+0.25)/(a2+b2×f/fo-fo/f)2))（分貝）（7） 式中
a=rs b=sc/2πfov
r -- 相對(duì)聲阻 s -- 通道截面積（米2）
v -- 板后空腔體積（米3）
c -- 空氣中的聲速（米/秒）
f -- 入射聲波頻率（赫）
f0 -- 共振頻率（赫）
f0=(c/2π)×(p/tD)1/2
t=t+0.8d+1/3PD t -- 微穿孔板的厚度（米）
p -- 穿孔率（%） D -- 板后空腔深度（米）
D -- 穿孔孔徑（米）
對(duì)于中頻消聲，微穿孔板消聲器的消聲量可以應(yīng)用阻性消聲器的計(jì)算式（8）進(jìn)行計(jì)算： LTL=ψ(α0)pL/s (分貝) ?。?） 式中
ψ（α0） -- 消聲系數(shù)，它是與吸聲系數(shù)α0 有關(guān)的量，
α0和ψ(α0)相互關(guān)系經(jīng)驗(yàn)值可由表查得
P -- 管道橫斷面的周長(zhǎng)（米）
L -- 管道的長(zhǎng)度（米）
S -- 管道橫截面面積（米2）
微穿孔板消聲器高頻消聲性能實(shí)測(cè)值比理論估算值要好。試驗(yàn)證明，消聲量與流速有關(guān)，與消聲器溫升無(wú)關(guān)。流速增高，氣流再生噪聲提高，消聲性能下降，金屬微穿孔板消聲器可承受較高氣流速度的沖擊，當(dāng)流速達(dá)到70米/秒時(shí)，仍有10分貝以上的消聲量。這也是微穿孔板消聲器優(yōu)于一般阻性消聲器的又一重要特點(diǎn)?！?/div>
我安百利電力輔機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的抗噴阻型消聲器對(duì)高頻高壓高汽流場(chǎng)所又結(jié)合用消聲原理中的抗性原理(即利用管道的截面突變,使聲波向前傳播到擴(kuò)張室后反射180度后使波與波振幅相等,相位相反,相互干涉,達(dá)到最理想消聲效果。
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