抗性消声器原理及技术

抗性消声器概述：

抗性消声器是生产通过管道截面的突变处或旁接共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉，从而降低由消声器向外辐射的声能，以达到消声目的的消声器。一种将声波反射回到声源的消声器。在其内采用膨胀和共鸣器等结构使阻抗失配以反射声波。主要用于空气压缩机、汽车发动机和其他活塞发动机的进气和排气口，特别适用于低频率的消声及带有高温、易燃气体的情况。它对气流产生的压降较大而造成发动机排气背压，这是设计中的一个重要问题。

抗性消声器简介：

主要适于降低低频及中低频段的噪声。抗性消声器的最大优点是不需使用多孔吸声材料，因此在耐高温、抗潮湿、对流速较大、洁净要求较高的条件均比阻性消声器好。 抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，好像是一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分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可能通过网孔．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学滤波器。选取适当的管和室进行组合．就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。

抗性消声器的原理：

抗性消声器：以达到消声目的的消声器。 主要适于降低低频及中低频段的噪声。抗性消声器的最大优点是不需使用多孔吸声材料，因此在耐高温、抗潮湿、对流速较大、洁净要求较高的条件均比阻性消声器好。 抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，好像是一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相当于电学上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分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可能通过网孔．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学滤波器。选取适当的管和室进行组合．就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。 一、技术要求 1. 抗性消声器就是一组声学滤波器，滤掉某些频率成分的噪声，达到消声的目的。它与阻性消声器最大的区别是没有多孔性吸声材料，包括共振式消声器和扩张式消声器等。

抗性消声器技术要求：

1. 抗性消声器就是一组声学滤波器，滤掉某些频率成分的噪声，达到消声的目的。它与阻性消声器最大的区别是没有多孔性吸声材料，包括共振式消声器和扩张式消声器等。

2. 共振式消声器是利用共振结构的阻抗引起声波的反射而进行消声。它由小孔板和共振腔构成。主要用于消除低频或中频窄带噪声或峰值噪声。结构简单，空气阻力小。

3. 扩张式消声器又称膨胀式消声器，由各个扩张室与连管连接起来组成。它是利用横断面积的扩张、收缩引起声波的反射与干涉来进行消声的。其消声性能主要取决于扩张室的扩张比和长度。

抗性消声器选用要点：

1. 抗性消声器选用主要控制参数消声量、频谱特性、风速、风量、空气阻力（系数）。

2. 共振消声器的穿孔板孔径一般为3~10mm，微穿孔板消声器穿孔板孔径一般为0.5~1.0mm。抗性消声器构造简单，不使用吸声材料，消除低中频带噪声性能较好，且阻力小，多用于高温、高湿场合及洁净空调系统。

3. 消声器消声效果与风速有关，应按厂家产品样本的动态消声量选用。

4. 消声器消声效果与消声器入口声级有关，消声器入口通常设在系统声源较高的位置（如风机或空调机出口处）。

5. 消声器应设于风管系统中气流平稳的管段上，且应尽量靠近有噪声控制要求的地方。

6. 为防止再生噪声的影响，消声器空气通道内流速应根据控制噪声级标准的要求确定，阻性消声器一般宜在8m/s以下，最大不应宜>12m/s。微穿孔板消声器大风速的情况下（15~20m/s），风阻较大。

7. 消声器不宜设置在空调机房内，也不宜设置在室外，防止噪声穿透进入消声器后的管道。

8. 当一根风管输送到多个房间时，宜扩大相邻房间送风口的距离，或采用增加消声弯头、风管内壁粘贴吸声材料等措施，防止房间的噪声干扰。

9. 一般空调系统减噪选用阻抗复合式消声器，排风系统可选用阻性消声器。

抗性消声器性能指标：

抗性消声器是控制内燃机排气噪声的主要技术措施。大量柴油机汽车和工程机械应用，所带来的噪声问题已成为环境污染的重要问题之一，作为主要噪声源之一的排气噪声一直是降低柴油机噪声的研究重点。衡量抗性消声器的性能指标主要包括：插入损失、压力损失、装配性能、结构工艺性和使用寿命。

插入损失：

随着国家政策的改变，全国各地大型工程项目相继展开。工程项目对大型机械的需求越来越多，随之而来的是工程机械行业的大力发展。工程机械在增大功率的同时，对环境产生的噪声影响越来越大。发动机排气噪声占工程机械噪声的主要部分，使用消声器是降低发动机排气噪声的最有效途径。对于工程机械，应用最多的消声器是抗性消声器，因为抗性消声器不会因发动机排出的烟尘、油渍堵塞，便于维护。本文论述了抗性消声器的消声原理和评价指标，并对抗性消声器试验设备及系统组成，包括声学测量、气流测量、压力测量和插入损失测量四部分，进行了介绍。同时阐明了试验的原理与方法，明确插入损失测量数据来源。通过分析多种抗性消声器的试验测试结果，建立了消声器在970-2200r/min转速下的1/3倍频程频谱。经过对噪声频谱的分析，探寻抗性消声器的消声性能与结构布置、气流的关系。在不考虑压力损失的条件下，抗性消声器的消声性能与扩张比和插入管的结构关系最为密切，插入管结构的简化方案直接影响消声量计算结果。在膨胀腔消声器、穿孔管消声器、插入管消声器经验计算公式以及气流再生噪声的基础上，本文提出适合于复杂结构抗性消声器的消声量计算公式。计算方法是：把多腔消声器分成一至两腔单独计算，最后叠加计算结果。将经验公式的计算结果与试验数据作对比，证明公式在部分频段具有足够的正确性、精确度。利用内燃机点火频率计算得到的计算值，与试验测量得到的消声器的插入损失值误差在5%以内，可以利用此频率下的计算结果评价整个消声器的消声性能。通过计算，以减少消声器设计初期的盲目性，缩短设计周期。

压力损失：

随着近年来汽车工业的迅速发展，伴之而来的汽车噪声污染也成为全球性的问题，发动机的排气噪声是汽车噪声的主要声源之一，安装性能良好的排气消声器是降低排气噪声的有效途径。排气消声器的设计水平影响着我国汽车行业汽车质量的整体提升，排气消声器设计的关键是研究用来评价消声性能和空气动力性能的两个重要指标。在当前“节能减排”、“建设环境友好型社会”的大环境下，不仅要考虑消声性能，消声器对发动机动力性能的影响也有重要影响，因此，在保证消声量满足一定标准的前提下，使消声器的压力损失在符合标准的情况下尽量地降低能够有效提高发动机的燃油经济性。不仅如此，消声器相关技术的提高能摆脱我国部分消声器只能依赖进口的现状，提高国产消声器的世界竞争力，获得良好的经济效益和社会效益。首先对于消声器基本单元和不同入口流速下消声器的压力损失的变化规律进行了相关研究，利用计算流体力学的方法，通过前期建模、网格划分、求解器选择、边界条件设定等步骤，对消声器基本单元(扩张室、内插管、穿孔管)的内部流场进行了数值模拟，研究了消声器基本单元结构(进出口直径、扩张比、内插管长度及位置、穿孔管穿孔率和穿孔孔径)对消声器气流速度场、压力场、湍动能场的影响规律，探讨了不同入口流速条件下消声器消声单元压力损失的变化规律，为复杂结构消声器的设计提供了一定的设计依据。其次进行了复杂单元结构(扩张室、内插管、穿孔管)的复杂结构消声器内部流场的数值模拟。最后通过与台架试验结果的对比验证了通过数值计算方法对排气消声器进行压力损失计算是有效可行的。

装配性能：

根据企业产品技术研发需求，采用计算机仿真方法对消声器的消声性能进行了模拟仿真，并辅以试验手段对设计效果进行了验证评价，最终达成设计目标，提高了消声器性能设计的准确度和研发效率。分析了消声器设计分析方法的发展现状，系统阐述了消声元件的基本消声原理，并对消声器的各项性能评价指标进行了详细对比，详述了消声器设计过程中各基本尺寸参数的确定方法，并依此设计了轻型载货汽车消声器的基础技术方案，方案选用抗性消声器，内部机构采用扩张腔、赫姆霍兹消声器等复合结构，主要用于消除发动机排气系统的中低频噪声成分。在结构设计的基础上，应用GT-Power软件对消声器性能进行了仿真计算，得到传递损失、插入损失等性能参数，结合分析结果，对基础设计方案进行改进优化，并最终形成满足设计目标的消声器详细设计方案;将消声器设计方案转化为工程图纸，制作合格的物理样件，对消声器样件总成在试验台架上进行了主要性能指标的测试，并与模拟仿真结果结合进行一致性对比分析。测试合格的试验样件最终在整车产品上进行装配，应用测试系统和软件对实际装车条件下的整车噪声进行测试及分析，根据测试结果，分析该消声器在整车装配条件下是否满足整车相关性能设计目标的要求。围绕消声器及系统的产品性能指标，采用了仿真分析与测试试验分析相结合的研究方法，设计了可满足实际整车工程需要的消声器产品，缩短了项目开发周期，降低了产品开发成本，达到了预期的产品性能目标要求。

共振式消声器：

利用共振结构的阻抗引起声波的反射而进行消声。它由小孔板和共振腔构成。主要用于消除低频或中频窄带噪声或峰值噪声。结构简单，空气阻力小。

扩张式消声器又称膨胀式消声器：

由各个扩张室与连管连接起来组成。它是利用横断面积的扩张、收缩引起声波的反射与干涉来进行消声的。其消声性能主要取决于扩张室的扩张比和长度。