船舶消声器设计原理

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1、船舶消声器设计原理  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强烈的综合性噪声,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谐波高频噪声成分,最大噪声量可高达130dB。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

2、理论分析得知,一般消声器前插入管的气流速度可取v=60~90m/s;消声器内部的气流速度应控制在40~60m/s范围内。  2、船用柴油机排气消声器进气管内径d1的确定  根据柴油机排出流量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为排气平均速度,m/s;  排气流量Q一般由柴油机制造厂提供。若生产厂家未提供,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,也可以通过理联盟论计算确定。理论公式如下:  柴油机进气流量Q进=nηvVh/60τ  柴油机排气流量Q排=Q进*

3、Te/Ts  式中:n为柴油机标定转速,r/min;ηv为充量系数,柴油机ηv=1,增压柴油机ηv=增压比;τ为冲程数,四冲程τ=2,二冲程τ=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:n—主机转速;Z—主缸数;τ—冲程系数,四冲程τ=2,二冲程τ=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

4、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·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,材料消耗和工时减少,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配合。一般,消声器的腔数n可根据消声量选择。  A类消声器消声量>10dBn=2~3  B类消声器消声量>15dBn=3~4  C类消声器消声量>2

5、0dBn>4  6、船用柴油机消声器各腔长度的确定  第一腔长度L1的确定十分重要,它承担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1~3倍。  第一腔的长度L1应取其峰值频率波长的1/4,即L1=λ/4。第一腔长度L1确定之后,第二腔长度L2、第三腔长度L3等便可相继确定。L2=,L3=。这样,消声器便可形成消除低、中、高频噪声的全频消声器。  7、船用柴油机排气消声器扩张比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

6、最大消声量一般TLmax=12~18  设TLmax=18dB,令m=s21,则m=≈16.  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=5~16。  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,只要流通面积一定,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减少d,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

7、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,最好是采用错开式内插管,它能避免简单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,优点是结构简单,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500~600Hz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,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一定,所以消

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