工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法

工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法

        山東某熱電廠減壓機構(gòu)中的一臺氣動減壓調(diào)節(jié)閥，出現(xiàn)振動和噪聲過大，導致執(zhí)行機構(gòu)和閥桿的鏈接夾塊發(fā)生偏移，最終導致定位器反饋桿脫離，閥門全開的狀況?，F(xiàn)場管道入口壓力35kg，出口壓力15kg，口徑DN200，正常流量10T/H，最大30T/H，介質(zhì)為435℃蒸汽。基于現(xiàn)場狀況，對噪聲產(chǎn)生原因進行分析，使其在滿足壓力和流量要求的前提下，對系統(tǒng)進行改造。    

        調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)（閥門）兩部分組成。調(diào)節(jié)閥工作過程中普遍存在著噪聲，這是調(diào)節(jié)閥內(nèi)在的湍流和能量吸收所引發(fā)的現(xiàn)象。調(diào)節(jié)閥運行環(huán)境中的主要噪聲為機械振動噪聲、液體動力噪聲和氣體動力噪聲?，F(xiàn)場介質(zhì)為435℃蒸汽，所以設計時主要考慮機械振動噪聲和氣體動力噪聲[即可。本發(fā)明屬于閥門技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低噪聲高溫蒸汽減壓閥。

工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法產(chǎn)生噪音的原因可以分為如下三大類：

1. 減壓閥機械振動噪音;

2. 流體動力學噪音;

3.空氣動力學噪音。

工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法背景技術(shù)：

隨著大型煤化工、新能源工程等國家重點工程的建設和發(fā)展，各種各樣的復雜工況不斷出現(xiàn)，例如高溫高壓、大流量、高減壓比等，傳統(tǒng)形式的減壓閥已不能滿足要求，存在安全可靠性差、壽命短、噪聲高、振動大、工作效率低等缺點。減壓閥結(jié)構(gòu)復雜，流體流經(jīng)閥芯等節(jié)流元件時，壓力迅速降低發(fā)生超聲速流動，極易導致減壓閥內(nèi)氣體湍流程度劇烈并產(chǎn)生較大噪聲，對操作人員健康和設備的正常運行有嚴重影響。閥門噪聲是工業(yè)生產(chǎn)中重要的噪聲源。在大型管道閥門附近，其聲壓級可超過100db。另外，過大的噪聲會掩蓋閥門等設備在運行不當中發(fā)出的危險信號，容易造成事故發(fā)生。

現(xiàn)有高溫蒸汽閥門在工作過程中出現(xiàn)噪聲過大的問題，由于高溫蒸汽在閥門和蒸汽輸送管道內(nèi)的流速很大，極易產(chǎn)生的流致噪聲，紊亂的高溫蒸汽產(chǎn)生的巨大沖擊力，致使閥門內(nèi)部蒸汽輸送管道的內(nèi)壁嚴重損壞，對整個蒸汽輸送管道系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生極大的威脅，大大縮短了閥門和蒸汽輸送管道的使用壽命，而且對環(huán)境也會產(chǎn)生很大的危害，長年累月工作在高溫蒸汽輸送管道旁的工作人員也會受到噪聲的侵襲，會對工作人員的身體健康造成一定程度的損傷。因此對高溫蒸汽進行整流降噪，使閥門噪聲的降低，無論是從經(jīng)濟還是環(huán)保的角度，都是很有必要的。

一、工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法機械振動產(chǎn)生的噪音

減壓閥的零部件在流體流動時氣動調(diào)節(jié)閥會產(chǎn)生機械振動，機械振動又可分為兩種形式：

① 低頻振動。這種振動是由介質(zhì)的射流和脈動造成的，其產(chǎn)生原因在于閥出口處的流速太快，管路布置不合理以及閥活動零件的剛性不足等。

② 高頻振動。這種振動在閥的自然頻率和介質(zhì)流動所造成的激勵頻率一致時，水力控制閥將引起共振，它是減壓閥在一定減壓范圍內(nèi)產(chǎn)生的，而且一旦條件稍有變化，其噪音變化就很大。這種機械振動噪音與介質(zhì)流動速度無關(guān)，多是由于減壓閥自身設計不合理產(chǎn)生。減小機械振動噪聲的措施是，合理地設計減壓閥襯套和閥桿的間隙、機械加工精度、閥的自然頻率以及活動零件的剛性，正確地選用材料等。

二、流體動力學噪音 

流體動力學噪音是由流體通過減壓閥的減壓口之后的紊流及渦流所產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的過程可以分為兩個階段：

① 紊流噪音，即由紊流流體和減壓閥或管路內(nèi)表面相互作用而產(chǎn)生的噪音，其頻率和噪音級都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問題。

② 汽蝕噪音，即減壓閥在減壓過程中，當流體流速達到一定值時，流體(液體)就開始汽化，當液體中的氣泡所受到的壓力達到一定值時，就會爆炸。氣泡在爆炸時，要在局部產(chǎn)生很高的壓力和沖擊波，自力式調(diào)節(jié)閥這個沖擊瞬間壓力可達196 MPa，但是遠離爆炸中心的地方，壓力急劇衰減。這個沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪音的一個主要因素。減小機械振動噪聲的措施是在設計減壓閥時，必須把減壓閥的減壓值控制在臨界值以下，而且，最好是在Δp初始以下,因為減壓閥的實際減壓值達到Δp初始值時，液體就開始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。自力式控制閥此外，還要注意相對于閥瓣的流體介質(zhì)的流動方向。

三、空氣動力學噪聲 

當蒸汽等可壓縮性流體通過減壓閥內(nèi)的減壓部位時，流體的機械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生 綜上所述，從根本上來說，減壓閥產(chǎn)生噪音都跟自身的設計和制造工藝有關(guān)。

2 工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法噪聲估計

        在把現(xiàn)有的噪聲預估方法進行比較分析之后，表明某公司所研究和提供的公式是比較方便的計算方法。（1）

        式中：Lp———介質(zhì)動力噪聲的聲壓級，以調(diào)節(jié)閥下游1m并離管道表面1m處測量[dB（A）]

        Kv———特定流量下的流量系數(shù)

        FL———液體的壓力恢復系數(shù)

        p1，p2———入口壓力，出口壓力，kPa

        D———調(diào)節(jié)閥下游的管道直徑，mm

        η———音響效率

        H———管道壁厚，mm

        Tsh———蒸汽過熱溫度，℃

        根據(jù)p1=35kg=3500kPa，p2=15kg=1500kPa，F(xiàn)L≈0.90，D=200mm，η=9×10-4，Tsh=435℃，H=4.5mm，Kv11.60可計算得，Lp≈123.04dB（A）。該噪聲級別較高，必須進行降噪處理。

        調(diào)節(jié)閥出口流速過高時產(chǎn)生的噪聲，根據(jù)介質(zhì)流速的馬赫數(shù)Ma可以判斷其程度。經(jīng)過計算得Ma≈0.134＜0.33。噪聲小，可忽略。

        3工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法 噪聲消除措施

        根據(jù)現(xiàn)場狀況，主要考慮通過管路改造和閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造，來消除振動和噪聲。但是現(xiàn)場管路布置在最初上生產(chǎn)線時即已確定，再添加旁路工期較長。于是閥門內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造成為關(guān)鍵。

        結(jié)合閥門設計手冊，經(jīng)過改造設計計算，主要對閥芯和套筒結(jié)構(gòu)進行了改進。設計采用閥門內(nèi)件換成平衡閥芯兩層降壓降噪套筒結(jié)構(gòu)，便于流速分布均勻，降低閥塞和閥座之間的壓差，改善湍流狀態(tài)，并增大磨損，消耗聲能，從而降低噪聲。

        在套筒調(diào)節(jié)閥中，高速介質(zhì)流經(jīng)普通套筒閥時，介質(zhì)從套筒璧四周窗口流入套筒中心，然后匯集流向閥后，在套筒中產(chǎn)生漩渦流、二次流等復雜流動。由于突然的收縮和突然擴大，使流場極不均勻，極易產(chǎn)生強大的噪聲。改善流場就能夠降低噪聲。本文中套筒采用小孔形套筒，這些小孔可使流道分散、摩擦阻力增加、流場分布均勻、不產(chǎn)生大的漩渦流，從而降低噪聲。

降壓套筒采用兩層結(jié)構(gòu)，較低噪音套筒調(diào)節(jié)閥的一層套筒，可大幅度降低高壓差氣體或蒸汽所產(chǎn)生的噪聲，而且特別適用于高壓差的場合。套筒設計主要是小孔的孔數(shù)的設計，為了保證閥最大開度時的流通能力，小孔面積按照調(diào)節(jié)閥的閥座的面積乘上一定的系數(shù)（系數(shù)在1.2～1.5之間）。由于氣體是可壓縮性流體，壓力降低時體積急劇膨脹，因此進行流道設計時要將套筒窗口流通截面即小孔直徑從下到上逐級放大。另外孔的列數(shù)取偶數(shù)，有利于介質(zhì)在套筒中間互相沖擊而把靜壓能量消耗掉，降低噪聲，避免振動。套筒結(jié)構(gòu)如圖所示。

        閥芯結(jié)構(gòu)采用平衡式。平衡閥芯和非平衡閥芯相比，可以減少介質(zhì)作用在閥塞上的不平衡力。閥芯用固定在兩層套筒上的緊定螺釘，配合閥芯上的導向槽，來控制閥芯徑向旋轉(zhuǎn)并對軸向運動行程進行限位，具體結(jié)構(gòu)圖如圖所示。減壓閥是一種常見的控制閥，可以將高壓氣體或液體降低到所需的低壓，從而保證管道或設備的安全運行。不同的應用場景需要不同類型的減壓閥，本文將為大家介紹幾種常見的減壓閥型號及其應用場景。

工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法

1. 活塞式減壓閥
活塞式減壓閥是一種體積較大、結(jié)構(gòu)簡單的減壓閥，適用于對流量和壓力要求不高的場合。它主要由活塞、彈簧和調(diào)節(jié)螺母組成，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺母的位置來改變彈簧的壓力，從而實現(xiàn)減壓的目的。這種減壓閥廣泛應用于燃氣、液化氣、石油和化工等行業(yè)。
2. 膜片式減壓閥
膜片式減壓閥是一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單的減壓閥，適用于對流量和壓力要求較高的場合。彈簧和膜片組成，通過調(diào)節(jié)彈簧的壓力來改變膜片的變形程度，從而實現(xiàn)減壓的目的。這種減壓閥廣泛應用于食品、醫(yī)藥、半導體和化學等行業(yè)。
3. 比例式減壓閥
比例式減壓閥是一種能夠自動調(diào)節(jié)壓力的減壓閥，適用于對流量和壓力要求較高、且需要控制的場合。彈簧、比例電磁鐵和傳感器組成，通過傳感器實時監(jiān)測壓力的變化，并通過比例電磁鐵控制閥門的開度來自動調(diào)節(jié)壓力。這種減壓閥廣泛應用于汽車、航空、航天和軍工等行業(yè)。
4. 降噪減壓閥
降噪減壓閥是一種能夠減少噪聲污染的減壓閥，適用于對噪聲污染要求較高的場合。彈簧、膜片和消聲器組成，通過消聲器將氣體的壓力和流量分離，從而減少噪聲的產(chǎn)生。這種減壓閥廣泛應用于市政工程、醫(yī)院和學校等場所。

        4 工業(yè)減壓閥噪聲改進解決辦法實驗與結(jié)論

        按照GB/T12245-2006減壓閥性能試驗方法進行試驗，出廠試驗項目主要包括殼體強度、密封性能和調(diào)壓性能。經(jīng)過100-110kg冷水打壓實驗，閥門開度和流量特性曲線滿足等百分比關(guān)系?？紤]到閥門在啟閉和小流量開度時，高壓差全部集中在閥芯和閥座的密封面上，高速流體會對密封面造成嚴重沖刷，甚至產(chǎn)生空化氣蝕。為了保護閥內(nèi)件不受損壞，延長閥門的使用壽命，特設計5%以下的行程為空行程。總之，不同的應用場景需要不同類型的減壓閥。在選擇減壓閥時，需要根據(jù)實際情況綜合考慮流量、壓力、精度、噪聲等因素，才能選擇到合適的減壓閥型號。