消音器设计计算书

~ 消音器设计计算书 由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵 照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作， 且技术又相对保 密的。因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究 所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论， 采用节流降压 与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难 题。 消音器的工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排 汽温度： 390℃， 蒸汽比容ρ： 0.0721 m3/ kg， 排汽流量 Q： 8t/h； 噪声达到 110dBdB 以上，要求消音器的噪声小于 85dBdB的环保要求。 一、 设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压， 预先消耗部分声能，再 dB 与小孔降噪相结合，达到较高的消声量； 其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理， 通过适当结构复合 而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷 教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它 的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若 喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低 频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm 级） ，实验表明，当孔径≤4mm 时具有移频作用，喷注噪声将移到 人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域 250~5000 赫兹） ；根 据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低 可听声的目的。从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小 的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。一般选用直径 1~3mm 的小孔为宜。 2.节流降压消音器 ， 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的 大小，适当设计通流截面， 使高压气体通过节流孔板时，压力都能最 大限度地降低到临界值。这样通过多级节流孔板串联， 就能把排空的 一次压降分散到若干个小的压降。 由于排汽噪声功率与压力降的高次 方成正比例， 所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来 再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下， 不致产生激波噪 声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。 同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小， 小孔喷注层强度设计所 需的壁厚也大为减薄，这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力通常是给定的， 当排放压力较高时，为了取 得所需的消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前的压力 由消音器入口处的压力 P1按比例降低设计； 通常情况下， 节流降压消 音器的各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压 力比为 q (q＜1)，可得： P 后 P 前 q n （1） 根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可 知节流装置的通流截面，可按下式计算： S 1 13.4G V 1 （2） P 1 式中: S1 为节流面积（cm2）; G 为排放气体的质量流量（t/h） ； V1 为节流前气体的比容(m3/kg)， % P1 为节流前气体的绝对压力（kg/ cm2） ； μ为保证排汽量的截面修正系数，通常取~， 二、 结构设计 根据上述原理， 经综合分析，本消音器考虑采用节流降压与 小孔喷注相结合的结构，首先为保正小孔喷注有良好的消音效 果，据资料[2]上的经验数据表明，将小孔喷注层的驻压确定为 5~10kgf/cm2，则小孔喷注将获得较好的效果；再根据预定的小 孔喷注层的驻压及[1]式，就可确定消音器节流降压所需要的级 数。 1）节流前后的降压比 q 值的确定 节流前后的压降比 q 值的取值，对高压排放的节流降压装 置，通常按临界状态或亚临界状态设计；根据资料[1]，临界状 态下，过热蒸汽的压降比为 q=，q 值过大，各级压力降低缓慢， 所需节流级数增多，致使消音器体积增大；q 值过小，不能有效 地把流速控制在临界流速下， 仍会产生强烈的激波噪声， 会使消 音器的性能下降。 由于本消音器的气源压力较高， 按接近临界状 态选取各级压强比， 经查阅有关资料， 按亚临界状态设计比按临 界状态设计的的消音效果好，因此本设计采用亚临界状态设计， 取 q=；取小孔喷注层的驻压为cm2，则根据 [1]式，需要的节流 孔板级数为 n=2。 2）节流降压层及小孔喷注层开孔面积及参数的确定 根据科学院声学研究所的研究证明， 只有当小孔总面积与排 气管截面积之比为时， 才能使排气管排气无阻， 因此修正系数μ 取；由式（2） ，根据给定的设计参数，通过计算第一级节流孔板 的通流面积为 S1=7.65 cm2，为了便于实际加工而不影响消音器 性能，本设计的穿孔直径取为 d=6mm，即得第一级穿孔数N1=27 个，实取28 个；在计算出第一级节流孔板通流面积 S1 后；由于 各级降压后汽体温度可考虑为近似保持不变 （气流在消音器器中 流动，流速很高，气体来不及与外界发生热交换即排出） ，则其 它各级的计算与第一级相同，各级计算结果列表如下： … 各级节流降压小孔喷注复合消音器设计参数 级数 进口压力 通流面积 S 单位 Kg/cm2 cm2 cm3/ Kg q Ⅰ … 40 Ⅱ 18 17 { Ⅲ 比容 压降比 孔径 d 孔数 n @ mm6 27 4 135 3 535 3）消音量的计算 ㈠、根据资料（3） ，节流降压的消声量按下式计算 3.7(p 1  p 0 )3 L 1 10klg np 1 2p 0 式中 k----- 经验修正系数，取±；取 # P 1-------消音器入口前排气压力 kg/cm 2，取 40 kg/cm2 p 0-------环境大气绝对压力 kg/cm 2，取 1.033kg/cm2。 n-------节流级数。 3.7(401.033)33.7(p 1  p 0 )3 则 L 10klg =10××lg= 22240 1.033 np 1 p 0 ㈡、小孔喷注消音器辐射的消声量， 根据资料（3）按下式计算： L2 27.530lg D  27.530lg3= dB 其中：D 为小孔孔径 mm。 通过上述计算本消音器经节流降压及小孔喷注消音后的消声 量为 VL=VL 1+VL2=+= 则消音器的排放噪声 110 dB 减去消音器的消声量，尿素 CO 2 压缩机的主蒸汽排放噪声经消音器消声后产生的噪声为，小于国家 环保的规定，因此本消音器的设计满足现场实际的需要。 总之，由于本人对消音器的设计还缺乏经验， 虽然理论上计算 满足了生产实际的要求，是否能达到理论上的计算结果，还有待消 音器实施安装后经实践的检验。