葛亞輝,胡立峰,張恒
(上海申華聲學(xué)裝備有限公司,上海 201709)
一臺(tái)置于潔凈房間的空氣凈化器,要求設(shè)備噪聲小于60dB(A),而設(shè)備風(fēng)機(jī)噪聲約74dB(A),噪聲要降低14dB(A)以上。由于設(shè)備空間的限制,消聲器不能太長,因此將消聲器分為兩段,各成兩個(gè)獨(dú)立的消聲器。由于潔凈房間不能引入任何粉塵、纖維,因此所有含纖維的阻性吸聲材料都不能使用。此外,抗性共振式消聲結(jié)構(gòu)的消聲頻率帶寬較窄,難以應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)這類寬頻噪聲源。
常用的設(shè)計(jì)公式成熟的方案被排除后,微穿孔板成了備選的第一方案。目前由于微穿孔板的規(guī)格及性能指標(biāo)(例如吸聲系數(shù)、半吸收帶寬)之間的關(guān)系尚缺乏定量的參數(shù),因此該潔凈室消聲器的設(shè)計(jì)對(duì)其他降噪工程有一定的參考價(jià)值。
該風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為600m3/h,相當(dāng)于0.17m3/s。為降低次聲噪聲,選用較低的進(jìn)出口風(fēng)速,即均小于3m/s?;诂F(xiàn)場的條件,消聲器采用400mm×400mm的方形結(jié)構(gòu),長度為800mm,內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1顯示了400mm×400mm結(jié)構(gòu)在軸向被分割成4個(gè)100mm×400mm的獨(dú)立單元,四周是1mm厚的鍍鋅鋼板,內(nèi)壁均涂敷2mm的阻尼層,從壁向內(nèi)25mm處是0.5mm微穿孔板(實(shí)際深度僅23mm),內(nèi)壁平整。壁和穿孔板之間每0.4m有支撐。
圖1 分割后消聲器示意圖
通風(fēng)面積是4個(gè)350mm×50mm的通道,使用風(fēng)速2.38m/s。該消聲器的腔深23mm、板厚0.5mm、孔徑0.3~0.5mm、穿孔率2%。
轉(zhuǎn)換接頭與測試設(shè)備連接,連接處應(yīng)光滑密封,既不能漏風(fēng),又要盡量減小次聲噪聲。
測試設(shè)備包括兩通道數(shù)據(jù)分析模塊29400001,聲校準(zhǔn)器27800001,傳聲器前置放大器28900001,工作標(biāo)準(zhǔn)傳聲器28900003,數(shù)據(jù)采集儀25900001,數(shù)字式壓力計(jì)25900002和卷尺。測試在聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,采用《聲學(xué)消聲器測量方法》(GB/T 4760—1995)進(jìn)行測試。測試結(jié)果見表1,消聲量頻譜曲線見圖2。
由表1可知,該消聲器總的消聲量約4dB(A),隨風(fēng)速從0m/s升至12m/s,消聲效果略有上升。由圖1可見,中低頻區(qū)的消聲量小于5dB(A),高頻段插入損失的峰值約在2000Hz可達(dá)20dB(A),但4000Hz之后的消聲量降低至5dB(A)以下。此消聲器的消聲帶寬在高頻段的較窄部分,并不能滿足潔凈房間對(duì)設(shè)備的消聲要求。
圖2 400mm×400mm×800mm消聲器消聲量頻譜曲線
因消聲效果未達(dá)到預(yù)期要求,在總的結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下,對(duì)通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整,增加了微穿孔板后面的空腔深度到34mm,使其將4通道調(diào)整為3通道,總截面由4個(gè)100mm×400mm的通道改成3個(gè)133mm×400mm的通道,如圖3所示,材料和加工工藝同前。
通過計(jì)算,該2臺(tái)消聲器可通過的風(fēng)速提高到了2.78m/s。圖3(a)消聲量測結(jié)果見表2;圖3(b)消聲量測結(jié)果見表3;消聲量頻譜曲線見圖4、圖5。
由表2可知,該消聲器總的消聲量約11dB(A)。從圖4中可看出,中低頻的消聲量在5~10dB(A),高頻段消聲量都大于10dB(A),同時(shí)插入損失的峰值在1600Hz左右可達(dá)21dB(A),此消聲器在高頻段的消聲量有較高的消聲效果。
圖3 第一次改進(jìn)后的消聲器示意圖
圖4 400mm×400mm×679mm消聲器消聲量頻譜曲線
表1 400mm×400mm×800mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計(jì)權(quán)插入損失DA
表2 400mm×400mm×718mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計(jì)權(quán)插入損失DA
圖5 400mm×400mm×718mm消聲器消聲量頻譜曲線
通過表3和圖5可看出,該消聲器總的消聲量約為13dB(A),消聲量在中低頻消聲5~10dB(A),高頻段消聲峰值與400mm×400mm×679mm消聲器同樣在1600Hz,高頻段的消聲整體在10dB(A)以上。
通過第一次的改進(jìn)可看出,消聲器的消聲效果提高到11dB(A)以上,由于400mm×400mm×718mm消聲器比400mm×400mm×679mm消聲器的長度稍長,導(dǎo)致前者A計(jì)權(quán)插入損失DA比后者高出2dB(A)左右。此消聲器雖然在整個(gè)高頻帶寬內(nèi)有較高的消聲量,但依舊不能滿足潔凈房間對(duì)設(shè)備的消聲要求14dB(A)。
首次的改進(jìn)結(jié)果在高頻段有較大改進(jìn),但中低頻段的消聲量依然較低。結(jié)構(gòu)尺寸不變,再次對(duì)通道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整,雙層微穿孔板采用雙層結(jié)構(gòu),第一層板厚0.5mm,孔徑0.5mm,穿孔率2%;距第一層24mm處設(shè)置第二層板厚0.8mm,孔徑0.8mm,穿孔率1%,其后設(shè)置36mm空腔,前后空腔深度比為2︰3。使其將4通道調(diào)整為2通道,總截面由3個(gè)133mm×400mm的通道改成2個(gè)通道,如圖6所示,材料和加工工藝同前。
圖6 第二次改進(jìn)后的消聲器示意圖
由于通過此消聲器的通道面積變小,最高風(fēng)速升至4.41m/s。測試結(jié)果見表4,消聲量頻譜曲線見圖7。由表4可見,該消聲器總的消聲量約為19dB(A)。由圖7可見,低頻區(qū)的消聲量在5~10dB(A),在整個(gè)高頻帶寬內(nèi)消聲量在15dB(A)以上,在中頻段500Hz以上,消聲量在15dB(A)以上。
圖7 第二次改進(jìn)后的消聲器消聲量頻譜曲線
如圖8所示,三次設(shè)計(jì)的消聲器的吸收峰隨微穿孔板的背后空腔深度的增加,依次向低頻移動(dòng),由2000Hz降至1000Hz附近。消聲量由最初的5dB(A)以下上升到19dB(A)以上,吸收壓力提高了4倍。
圖8 各消聲器平均消聲量頻譜曲線
從圖8消聲量與頻率的關(guān)系曲線可看出,初次設(shè)計(jì)的消聲器的半吸收寬帶1600~2500Hz,約900Hz;首次改進(jìn)對(duì)應(yīng)的消聲器的吸收帶寬都是從1000Hz到5000Hz以上,約4000Hz以上;對(duì)應(yīng)的消聲器的吸收帶寬400~5000Hz,跨越了整個(gè)高頻和半個(gè)中頻的帶寬。該半吸收寬帶反映了消聲器在使用中的適應(yīng)性,廣譜的消聲器有更大的使用空間。
該三批次的消聲器結(jié)構(gòu)上的不同僅在于腔深的不同,前者是23mm,后者是34mm,由于外觀完全一致,因而通風(fēng)風(fēng)道的總截面積由0.070m2降到0.060m2,風(fēng)道阻力略有增加,僅提高了腔深11mm,使得消聲器的能力和品質(zhì)有大的提升,也指出了性能進(jìn)一步提高的方向。
通過對(duì)該潔凈房間的空氣凈化器噪聲的消聲器設(shè)計(jì)與測試,從中可發(fā)現(xiàn),在狹窄空間,消聲器的可消聲長度尺寸縮短的情況下,設(shè)計(jì)采用雙層微穿孔板消聲器,不僅在體積上進(jìn)行縮小,且在性能上消聲效果從單層微穿孔消聲器在高頻區(qū)消聲跨越到了整個(gè)高頻和半個(gè)中頻的帶寬。
表3 400mm×400mm×718mm消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計(jì)權(quán)插入損失DA
表4 400mm×400mm×800mm雙層微穿孔板消聲器消聲效果倍頻帶插入損失和A計(jì)權(quán)插入損失DA