风机消声器的结构设计和声学仿真分析

3.0 闻远设计 2023-03-18 190 4 16.83KB 4 页免费

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风机消声器的结构设计和声学仿真分析

　　摘　　　　要：　分析收尘器排风口的噪声特性，并根据现场风机主要噪声频率段设计出口消声

器，并与风机出口常见两种类型消声器进行对比，最后通过 LMS　Virtual　lab 仿真及实验验证得

出：采用 L型组合式消声器可以有效地降低风机出口噪声，风机出口测点的降噪量达到 23.9　

dB(A)。

　　　关键词 :　　　　　风机噪声;阻性消声器;降噪设计;仿真;有限元法;

　　 Abstract 　：This　paper　analyzes　the　noise　characteristics　of　the　dust　collector　exhaust　outlet,　

and　designs　the　outlet　muffler　according　to　the　main　noise　frequency　band　of　the　fan.The　designed　

muffler　is　compared　with　two　common　types　of　fan　outlet　mufflers.Through　LMS　Virtual　lab　

simulation　and　experiment,　it　is　verified　that　the　use　of　the　L-type　muffler　can　effectively　reduce　the　

noise　at　the　fan　outlet,　and　the　noise　reduction　level　reaches　23.9　dB(A).

　　 Keyword：　 fan　noise;　resistive　muffler;　noise　reduction　design;　simulation;　finite　element　

method;

　　 0　、引言

　　在工业企业中，风机作为重要的噪声源之一，一直受到人们的关注。如何有效地降低风机

的噪声，是重要研究方向之一。目前，风机比较成熟的噪声控制方案是安装消声器，通常采用

的大多是直管消声器，对于一些空间有限，需要改变排风口方向的特殊情况下，就需要一款带

弯头的消声器，一般采用 L型消声器。目前已有的消声器大多是是靠工程经验设计，而没有系

统的理论计算。

　　本文将以收尘器为研究对象，研究排风口噪声特性，在重点研究了风机噪声的控制方法

上，设计一款 L型消声器，希望能够为风机降噪提供有效参考。

　　 1 　、风机噪声特性测试及分析

　　 1.1 　、测试说明

　　本文将使用爱华声级计来测量噪声源的频谱，在噪声测量中，测点的布置也尤为重要，直

接影响数据的准确性。在测量过程中噪声测点将选取 3个测点，一个布置在距离排风出口平面

1　m,　高1.2　m 处。一个布置在排风口轴线 45°方向上，距管中心 1　m,　高1.2　m 处。一个布置在排

风口中线上，距出口平面 1　m,　高1.2　m 处[1]。对测得的数据进行平均处理，来简单的作为噪声

源的频谱，防止数据的单一性存在误差。

　　 1.2　、噪声源分析

　　风机的噪声源可分为三个部分：一是电机本身的噪音：电机噪音与功率成正比。由于循环

风机风量较大，需要采用较大功率的电机，从而导致电机噪音较大；二是风机叶轮：叶轮叶片

搅动空气从而形成气流，使得空气快速流动产生噪音，这个噪声与电机的转速成正比，转速越

快，噪声越大；三是机械振动：叶轮主轴快速转动，由于配合和精度问题会产生振动，从而产

生较大的噪音。在三个噪声中，气流噪声最为明显。图 1为噪声源频谱图。

　　根据图 1噪声源频谱可知，风机噪声在 200～2000　Hz 范围内噪声都比较大，属于一种宽频

噪声，然而一般阻性消声器针对中高频消声效果较好，消声弯头在 500　Hz 有较好的消声效

果，抗性消声器中低频消声效果比较好。根据我们需要消声的频率段及各种消声器的优点，本

文设计一款组合式 L型消声器。

　　图1　噪声源频谱

　　 2　、消声器结构设计

　　在实际工程中，由于风机一般安装在房间里面，而排风口在墙体外边，对外边影响较大。

因此本设计只考虑排风口安装消声器达到抑制风机噪声传播的目的。由于风机排风口噪声高、

风量大、频带宽，因此本文选用阻性消声器方案。

　　 2.1　、声波在阻性管道的衰减

　　根据 A.N.别洛夫一维理论推导出长度l的消声器的声衰衰减量La 为：La=?(α0)LS×l

　　其中：L-消声器的通道断面周长(m);S-消声器的通道有效横截面积(m2);　l-消声器的有效部

分长度(m)。

　　消声系数?(α0　)与材料的吸声系数 α0 的换算关系，具体参考文献[2]。

　　消声器传递损失为：TL=10lg(p21p22AinAout)

　　其中：p1-进气口处入射声压；p2-排气口处透射声压；Ain-入口横截面积；Aout-出口横截

面积。

　　 2.2　、消声器参数确定及结构设计

　　 2.2.1　、消声量

　　根据现场降噪要求，在实际工程噪声控制中，一般要求消声器消声量在 25　dB(A)。

　　 2.2.2　、其他参数确定

　　根据阻性消声器的设计步骤，为减少空气在消声器中的流体压力损失，流体通道的周长面

积比为 13.33;有效长度为 1.5　m;　内部填充的材料为超细玻璃棉，综合吸声系数达到 0.94 以上，

对应?(α0)为1。

　　通过公式(1)估算出，1.5　m 的直通阻性消声器的消声量为 20　dB(A)。考虑到安装，需对排

风口消声器设计一个弯头，根据以往的工程经验，消声弯头可以格外增加 5　dB(A)以上的消声

效果。考虑到1.5　m 的消声器过高，将设计成 L型，其中短端设计 0.5　m,　长端设计长1　m,　中间

通过消声弯头连接。

　　 2.2.3　、结构设计

　　与其他参数相同，改变形状的原则。设计了 3种消声器，如图 2所示，方案 1为L型插片

式消声器，方案 2为L型蜂窝式消声器，方案 3为L型插片蜂窝式消声器。

　　图2　消声器三位模型图

　　消声器壳体用 1.5　mm 钢板制作；壳体内侧用0.6　mm 穿孔板制作(穿孔率30%);内部填充超

细玻璃棉，其孔隙率为 0.95,流阻为 18500　Pa・s/m2,填空密度48　kg/m3,吸声材料护面结构为0.6

mm 厚穿孔板。

　　 3　、消声器声学仿真及分析

　　本文采用 Virtual.lab 软件进行有限元声学分析，通过软件计算得到进出口声压量，再经过

公式计算得到传递损失曲线。以传递损失曲线来作为消声器的评价标准对三种方案进行分析。

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摘要：

风机消声器的结构设计和声学仿真分析　　摘　　　　要：　分析收尘器排风口的噪声特性，并根据现场风机主要噪声频率段设计出口消声器，并与风机出口常见两种类型消声器进行对比，最后通过LMS　Virtual　lab仿真及实验验证得出：采用L型组合式消声器可以有效地降低风机出口噪声，风机出口测点的降噪量达到23.9　dB(A)。　　　关键词:　　　　　风机噪声;阻性消声器;降噪设计;仿真;有限元法;　　Abstract　：This　paper　analyzes　the　noise　characteristics　of　the　dust　collector　exhaust　outlet,　and　desig...

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