单级轴流压缩机消声器设计与试验研究

　　一、引言

　　某单级轴流压缩机由于转速高,气流速度大,工作时产生的噪声较大,为了降低该轴流压缩机排气噪声,必须采用合适的降噪措施。由于该压缩机排气噪声呈现出宽带特性,结合微穿孔吸声结构的特点[1],采用微穿孔板吸声结构进行降噪试验。

　　二、微穿孔板吸声结构设计

　　1.主要结构参数对吸声性能的影响

　　首先,根据现有的有关微穿孔板吸声结构计算公式[2,3],计算并分析各结构参数对吸声性能的影响,从中选取适合本降噪要求的结构参数。分析计算包括:①声阻抗和吸声频谱;②圆管形消声器消声量。使用的计算式简述如下:

　　吸声结构如图1所示,其声阻抗Z为

式中ω———入射的角频率

　　c———介质声速

　　η———空气粘滞系数

　　ρ———空气密度

其他几何结构参数如图1所示。

　　图1所示吸声结构的正入射吸声系数αn=吸声系数是结构参数和频率的函数。当系统共振时声抗为零,吸声系数达最大值,对应的频率即为共振频率fr,如偏离fr,则吸声系数迅速下降。共振时的最大吸声系数为由此可得共振角频率,同时可得出相对半带宽

　　对于排气噪声,消声器的横截面可以是圆形或矩形,一般情况下,采用窄矩形截面对消声有利,但对于轴流压缩机的排气噪声,由于各种条件限制只能采用圆管形消声器。对于图1所示的圆截面微穿孔板消声器,可导出的消声量计算公式为

　　从这些计算式可以看出,影响消声器声学特性的主要结构参数有:微穿孔板微孔直径d、穿孔率P、板厚t、板后腔深H和气流通道(内管)直径D。对于轴流压缩机,排气管内径D=565mm己经确定。

　　图2表示在d=1mm、t=1mm、P=1%条件下,αn随频率的变化以及B、fr随腔深H变化的趋势。

　　图3表示在t=1mm,P=2%,H=10mm条件下,微孔直径d对αn曲线的影响;图4为在d=1mm,t=0.8mm,H=15mm条件下,穿孔率对吸声性能的影响;图5为在d=1mm,H=15mm,P=5%条件下,微孔板厚度t对吸声性能的影响。

　　从图2、3、4、5可以看出,在计算参数范围内:

　　(1)板后共振腔深度H对共振频率影响最大,H越大,共振频率越低,参数组合得好,还可以使最大吸声数略有增加,吸声带宽有所增大;

　　(2)微孔直径d主要影响声阻率,对共振频率影响很小,在一定的参数范围内,d越小,半吸声带宽越大,但最大吸声系数有所降低;

　　(3)穿孔率的影响不容忽视,在一定参数组合下,增大穿孔率可使共振频率增大,使最大吸声系数也略有增加;