发电机消声器设计

1、方案论证

　经研究,伊藤配备的消声器采用了单体式以阻性为主的设计,其结构简图见图2。

图2原消声器结构简图

　其对高频消声效果好且加工制造简单优势明显,但结合测量数据分析可知,欲使整机排气噪声显著降低则必须加强对中低频段噪声的消除。这势必要求设计阻性消声器的过程中必须调整某些参数才能使消声器的优化消声频段变宽向中低频段移动,如,增加吸波材料的厚度、容重、空气层厚度等,而这些措施势必增加设计成本及难度且无法使消声器对

　中低频的消声效果得到明显的改观。抗性消声器却可以很好地解决这个问题。综合考虑,我们采取双层阻抗复合式消声器设计思想。

2、设计目标

　原有消声器总消声量带5kW负载时达到19.3dB,考虑到现有的技术水平、材料种类、工艺、成本及使用场合,预期新设计消声器总的插入损失在原消声器基础上再降低10dB,即相比未装消声器有30dB左右降幅,使高频峰值显著降低,低频峰值进一步下降。同时,原消声器压力损失有100Pa,新设计消声器压力损失应不高于此值。

3、设计方案

　为了满足整机噪声加装新消声器后较未加消声器有30dB左右的降噪,我们在设计过程中留有了5dB裕量,则在63~8000Hz倍频段要有25~40dB的消声值。

　首先是消声器中抗性扩张结构的设计。在中频段,噪声峰值出现的倍频段主要集中在500~2000Hz的范围内,单节扩张室无法满足要求,因此,采取多个扩张结构串联的形式以达到各频率传声损失较均匀的特性,其每个扩张室长度因所消对应频率不同而各异。

　为了降低压力损失控制气流再生噪声,管道截面积宜与原连接管道截面积大致相当扩张室的消声量主要取决于其扩张比m,m适当的增大将明显改善消声效果。受空间所限结合LTL-kl图线可知扩张比为50~70左右为佳,由此空腔截面积也易计算得知。

　扩张结构之间的连接部分设计为阻性结构,用穿孔率30%的穿孔管连接,中间腔体部分衬有吸波材料,既可体现阻性消声器性能又能保持原有抗性消声性能,减小局部气流阻力。由于多孔型吸波材料对于高频段的噪声声能吸收比较好,特别是在2kHz以上的频段,其吸声系数A>0.78,而诸多吸波材料中超细玻璃棉具有较高的性价比,特别是具有耐热性能好、柔软、不燃、密度低等特点。因此,在阻性消声器中内衬超细玻璃棉。

　为了减小压力损失,降低相互干扰及再生噪声,我们将管道穿孔集中在共振腔中部,孔径大小可以结合穿孔率计算出合理值。

　这样,消声器主体大致设计完成。对于连接处的消声弯头,衬贴2~4倍截面线度尺寸的吸声材料并采取外折内圆90b弯折角及局部180b设计,可改善其消声效果。针对非倍频程外某些频段消声效果较差的问题,另行设计附加结构予以消除。最终得到了完整的消声器结构,见图3。

　新消声器在该结构下,根据已经算得的腔体及管道尺寸,将主要的压力损失,如,摩擦压力、管道收缩压力、弯道压力等加以估算可知其总的压力损失要比原消声器低且不应超过90Pa。

4、实验效果及分析

　4.1 实际测量值

　取下原消声器,将新设计好的消声器安装在原机组上,其它实验条件不变,对新消声器对各频段的消声量及总消声量进行测量,其结果见图4。

　图4、加装新设计消声器后机组各频段噪声声压级

　新消声器的压力损失值测量结果为75Pa。

　4.2 数据分析

　通过新消声器坚固后的测量可知,新设计消声器对于中高频段的噪声插入损失有了显著降低,对低频段也有较大改善,从而使得总声压级也下降了10dB左右,为了有明确直观的感受,未加消声器与新旧消声器消声效果对比见图5。而压力损失较原消声器低,比设计目标低15Pa,满足设计要求。

图5、效果对比