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1、船舶消声器设计原理 打开文本图片集 摘 要：基于传统型船用扩张式排气消声器，依据扩张式排气消声器的基本特性来设计消声器，使其能够满意消声效果好，阻力损失小，重量轻，体积小要求。并分析影响柴油机排气消声器消声性能的各种主要参数，以及如何正确选取消声器各主要参数的方法。 关键词：船用柴油机排气消声器 参数 消声器容积 消声量 在船舶上，机舱是一个多噪声区也是船舶环境污染的主要来源之一。机舱噪声的产生主要由船舶主机及辅机工作时进气噪声、排气噪声、燃烧噪声及机械噪声等共同组成了的一个剧烈的综合性噪声，其引起的噪声污染目前已占到船舶噪声污染的80%。在这几个噪声源中，排气噪声最为突出，其主要是低频噪声和
2、谐波高频噪声成分，最大噪声量可高达130 dB（A）。对轮机人员身体健康和船舶环境造成重大危害。因此，降低排气噪声势在必行，最主要的解决措施就是在主辅机排气口设计安装有效的消声器。 船舶消声器的设计主要取决于对消声器主要参数的选择 1、船用柴油机排气消声器内气流速度的确定 经试验及理论分析得知，一般消声器前插入管的气流速度可取v=6090m/s;消声器内部的气流速度应限制在4060m/s范围内。 2、船用柴油机排气消声器进气管内径d1的确定 依据柴油机排出流量Q，选择合适的气流速度v，便可确定流通面积F，从而确定进气管直径d1 因为 F=Q/v，F= 所以 式中，Q为排气流量，m3/s;V为排
3、气平均速度，m/s; 排气流量Q一般由柴油机制造厂供应。若生产厂家未供应，有条件的也可以对该柴油机进行排气流量的实测，无条件的，也可以通过理论计算确定。理论公式如下： 柴油机进气流量 Q进=nvVh/60（1） 柴油机排气流量 Q排=Q进*Te/Ts 式中：n为柴油机标定转速，r/min;v为充量系数，柴油机v=1，增压柴油机v=增压比;为冲程数，四冲程=2，二冲程=1;Vh为柴油机排量，m3/s;TS为柴油机进气温度，K;Te为柴油机排气温度，或涡轮增压器出口温度，K。 3、船用柴油机排气噪声基频及谐波的确定 柴油机排气噪声基频及谐波可用下式表示 x=1，2，3 当x=1时 基频 = 式中：
4、n主机转速;Z主缸数;冲程系数，四冲程=2，二冲程=1。 4、噪声在排气管中的声速及其波长的确定 柴油机排气噪声声速可用下式计算： 式中：t-柴油机排气温度，若是增压柴油机，t为增压器出口排气温度。单位：0C 排气噪声的波长可以由以下公式求得： 5、船用柴油机消声器腔数的确定 消声器容积Ve和纵横比L/D确定之后，若空腔分隔的腔数n越多从理论上讲，最大衰减量为（20lgm-6）n，高频消声效果好，而低频消声效果差，而且，制造时材料消耗和加工时间增多，成本增加。反之，若空腔分隔的腔数越少，则低频消声声效果好，材料消耗和工时削减，但高频消声效果差。因此，消声器分隔的腔数多少，应与消声特性和消声量相
5、协作。一般，消声器的腔数n可依据消声量选择。 A类消声器 消声量10dB（A） n=23 B类消声器 消声量15dB（A） n=34（2） C类消声器 消声量20dB（A） n4 6、船用柴油机消声器各腔长度的确定 第一腔长度L1的确定非常重要，它担当着消声器的主要消声性能和缓冲高温高速脉动气流的任务。一般，第一腔的容积不应小于柴油机排量Vh的13倍。 第一腔的长度L1应取其峰值频率波长的1/4，即L1=/4。第一腔长度L1确定之后，其次腔长度L2、第三腔长度L3等便可相继确定。L2=0.5L1，L3=0.5L2。这样，消声器便可形成消退低、中、高频噪声的全频消声器。 7、船用柴油机排气消声器
6、扩张比 m 的确定。 通常扩张比m总是大于1的，而要取得明显的效果，则m应取大于5的数值。 TLmax=201gm-6; 式中TLmax为消声器第一腔最大消声量一般TLmax=1218 设TLmax=18dB（A），令m=s21，则m=15.816. 8、船用柴油机消声器本体内径的确定 由得，D= =4d 式中，d1为消声器进口内径。一般，m=516。 9、船用柴油机消声器内各腔连接方法的确定 消声器内各腔的长度确定之后，只要流通面积肯定，腔与腔之间用管子或管子开多孔连通，本质上无多大差别。用管子连接时其插入管长度选择1/4L和1/2L，实际应用时，插入管长度可比计算长度削减（0.30.4）d
7、，d为插入管子内径。 试验证明，中心对正插入管的插入深度越大，其阻力系数就越大，性能下降就越多。随着两插入管的接近，高速脉动气流越不能在消声器中得到充分膨胀，排气仍以脉动形式从排气管中排出，出入口处排气产生的涡流越强，因而某些频率便形成再生噪声。因此，最好是采纳错开式内插管，它能避开简洁膨胀腔出现通过频率的缺点，又能使气流在消声器内得到充分的膨胀，其消声性能较好。 用多孔连通时，优点是结构简洁，只需在隔板上冲出几个小孔即可。但空腔不能被充分地隔开，不能充分发挥多腔的作用，还残留着单个空腔的性能，空腔长度在500600 Hz范围内产生峰值，并使高频的消声效果变差。 若保持排气孔的总面积恒定不变，
8、开一个孔、二个孔，三个孔或三个以上的孔相比较，因膨胀比m肯定，所以消声效果相差不大。但因孔径越小，越能增加其声能损失，从而削减了高频成分，听起来感觉柔软些。 10、船用柴油机消声器排气尾管和管径的性能确定 尾管的长度不是越长越好。经试验结果证明，尾管在某长度时能增加消声器的消声量，但接着增长尾管，达到某一值后，排气噪声反而增大，若再超过此长度，又能增加消声器的消声效果。为了确定排气消声器排气尾管的最佳长度，最好用台架试验确定。 消声器内空腔的最大衰减量为20lgm-6，所以尾管的直径越小，扩张比m越大，管壁处的声能损失增加，就会使消声器的消声性能越好。由此可知，尾管的直径在允许的范围内越小越好
9、。但管径越小，气流速度越大，产生的气流再生噪声也越大，背压增加，性能恶化。设计时必需留意此点。 一般来说，为获得良好的消声效果，低速时应采纳细而长的尾管，高速时应采纳粗而短的尾管。这尾管应用于柴油机，效果更加显著。也可以采纳双管排气方式，单管时低速排气，双管时高速排气，由蝶形阀限制。 11、船用柴油机消声量在排气系中安装位置的确定 消声器在排气系中的安装位置，对消声效果也有较大影响，这是由于消声器相对于排气系内最大压力的位置对辐射噪声有影响，而且抗性消声器声能的有效反射与消声器的位置有很大关系。设消声器的前管长度为L1，消声器的后管长度为L2，从柴油机的排出口至消声器尾管排出口的长度为L，则L
10、= L1十消声器本体长度十L2。所以，消声器的安装位置一般举荐值如下： L1/L=00.21; 0.370.47;0.60.73;0.850.94 （3） 最不利的位置为：L1/L=0.210.37;0.470.6; 0.730.85;0、941.00，然后通过试验确定最佳安装位置。 12、船用柴油机排气消声器有效容积的确定 消声器的结构确定之后，其容积大小的选择也是很重要的。容积过小，往往导致柴油机功率损失过大，消声效果下降;容积过大，虽有消声量大、阻力损失小、对脉动气流的缓冲作用大等优点，但也往往使安装运用不便，而且造成材科奢侈。下面介绍估算消声器容积V。的大小。 消声器容积（4） 式中，
11、C阅历常数，依据消声器所要达到的指标而定： A 类消声器 消声量10dB（A） C=23， B 类消声器 消声量15dB（A） C=45， C 类消声器 消声量20dB（A） C=78， D 类消声器 消声量25dB（A） C=1013. Ki气缸修正值，;i气缸数;Kz内燃机冲程数修正系数，四冲程及Kz=1，二冲程及Kz=2;Kt消声器应用于不同类型内燃机的修正系数，非增压柴油机，Kt =1，非增压汽油机，Kt=0.101，增压内燃机，Kt=增压比;Kn内燃机转速修正系数.Kn=0.710-4nb（nb为标定转速）;内燃机压缩比修正系数，汽油机，柴油机 ;Vh内燃机排量，L。 对于排气系统有
12、两个消声器的V型内燃机排气缸用一个消声器，每个消声器的容积： 当V型内燃机只有一个消声器时，消声器的容积： 13、船用柴油机排气消声器消声量的确定 消声器消声量： 式中：，Li消声器各腔长度，K波数，m扩张比。 总之：扩张比m增大，消声器的消声量也增大，此时须要缩小消声器入口或者出口管的直径，或者增大消声器外壳的直径。消声器入口直径不应小于船用柴油机排气歧管出口或排气口的直径，否则因排气背压增高，将使柴油机消声器的功率损失增大，则同时也会使排气流速增大，简单激发再噪声，易影响到消声器的实际消声效果。消声器出口直径可以等于略小于入口直径。消声器外壳尺寸不能为了获得大的消声量而取得过大，因为外壳尺
13、寸还要受到船体等条件的限制。 参考文献： 1 周轶尘，程冲船用柴油机好用手册人民交通出版社 2 杨庆佛内燃机噪声限制太原-山西人民出版社，11015.5 3 于学礼，舰船主机消音器的声学设计船舶11011.3 4 林辉江，内燃机排气消声器主要参数的选择（一）内燃机2001.4 5 林辉江，内燃机排气消声器主要参数的选择（二）内燃机2001.5 （作者单位：江西省九江市船舶检验局） 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页