工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法

工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法

        山東某熱電廠減壓機(jī)構(gòu)中的一臺(tái)氣動(dòng)減壓調(diào)節(jié)閥，出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲過(guò)大，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥桿的鏈接夾塊發(fā)生偏移，最終導(dǎo)致定位器反饋桿脫離，閥門(mén)全開(kāi)的狀況。現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)狀況，對(duì)噪聲產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，使其在滿足壓力和流量要求的前提下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造。    

        調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（閥門(mén)）兩部分組成。調(diào)節(jié)閥工作過(guò)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(yùn)行環(huán)境中的主要噪聲為機(jī)械振動(dòng)噪聲、液體動(dòng)力噪聲和氣體動(dòng)力噪聲。現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)為435℃蒸汽，所以設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮機(jī)械振動(dòng)噪聲和氣體動(dòng)力噪聲[即可。本發(fā)明屬于閥門(mén)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(jìn)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(jī)械振動(dòng)噪音;

2. 流體動(dòng)力學(xué)噪音;

3.空氣動(dòng)力學(xué)噪音。

工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法背景技術(shù)：

隨著大型煤化工、新能源工程等國(guó)家重點(diǎn)工程的建設(shè)和發(fā)展，各種各樣的復(fù)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(dòng)大、工作效率低等缺點(diǎn)。減壓閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，流體流經(jīng)閥芯等節(jié)流元件時(shí)，壓力迅速降低發(fā)生超聲速流動(dòng)，極易導(dǎo)致減壓閥內(nèi)氣體湍流程度劇烈并產(chǎn)生較大噪聲，對(duì)操作人員健康和設(shè)備的正常運(yùn)行有嚴(yán)重影響。閥門(mén)噪聲是工業(yè)生產(chǎn)中重要的噪聲源。在大型管道閥門(mén)附近，其聲壓級(jí)可超過(guò)100db。另外，過(guò)大的噪聲會(huì)掩蓋閥門(mén)等設(shè)備在運(yùn)行不當(dāng)中發(fā)出的危險(xiǎn)信號(hào)，容易造成事故發(fā)生。

現(xiàn)有高溫蒸汽閥門(mén)在工作過(guò)程中出現(xiàn)噪聲過(guò)大的問(wèn)題，由于高溫蒸汽在閥門(mén)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(mén)內(nèi)部蒸汽輸送管道的內(nèi)壁嚴(yán)重?fù)p壞，對(duì)整個(gè)蒸汽輸送管道系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生極大的威脅，大大縮短了閥門(mén)和蒸汽輸送管道的使用壽命，而且對(duì)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生很大的危害，長(zhǎng)年累月工作在高溫蒸汽輸送管道旁的工作人員也會(huì)受到噪聲的侵襲，會(huì)對(duì)工作人員的身體健康造成一定程度的損傷。因此對(duì)高溫蒸汽進(jìn)行整流降噪，使閥門(mén)噪聲的降低，無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)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(jìn)解決辦法機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪音

減壓閥的零部件在流體流動(dòng)時(shí)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)又可分為兩種形式：

① 低頻振動(dòng)。這種振動(dòng)是由介質(zhì)的射流和脈動(dòng)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(dòng)零件的剛性不足等。

② 高頻振動(dòng)。這種振動(dòng)在閥的自然頻率和介質(zhì)流動(dòng)所造成的激勵(lì)頻率一致時(shí)，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(jī)械振動(dòng)噪音與介質(zhì)流動(dòng)速度無(wú)關(guān)，多是由于減壓閥自身設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生。減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是，合理地設(shè)計(jì)減壓閥襯套和閥桿的間隙、機(jī)械加工精度、閥的自然頻率以及活動(dòng)零件的剛性，正確地選用材料等。

二、流體動(dòng)力學(xué)噪音 

流體動(dòng)力學(xué)噪音是由流體通過(guò)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(guò)程可以分為兩個(gè)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(jí)都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問(wèn)題。

② 汽蝕噪音，即減壓閥在減壓過(guò)程中，當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時(shí)，流體(液體)就開(kāi)始汽化，當(dāng)液體中的氣泡所受到的壓力達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)爆炸。氣泡在爆炸時(shí)，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(gè)沖擊瞬間壓力可達(dá)196 MPa，但是遠(yuǎn)離爆炸中心的地方，壓力急劇衰減。這個(gè)沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪音的一個(gè)主要因素。減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是在設(shè)計(jì)減壓閥時(shí)，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?yàn)闇p壓閥的實(shí)際減壓值達(dá)到Δp初始值時(shí)，液體就開(kāi)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(duì)于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。

三、空氣動(dòng)力學(xué)噪聲 

當(dāng)蒸汽等可壓縮性流體通過(guò)減壓閥內(nèi)的減壓部位時(shí)，流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生 綜上所述，從根本上來(lái)說(shuō)，減壓閥產(chǎn)生噪音都跟自身的設(shè)計(jì)和制造工藝有關(guān)。

2 工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法噪聲估計(jì)

        在把現(xiàn)有的噪聲預(yù)估方法進(jìn)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(jì)算方法。（1）

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

        Kv———特定流量下的流量系數(shù)

        FL———液體的壓力恢復(fù)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(guò)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(jì)算得，Lp≈123.04dB（A）。該噪聲級(jí)別較高，必須進(jìn)行降噪處理。

        調(diào)節(jié)閥出口流速過(guò)高時(shí)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(guò)計(jì)算得Ma≈0.134＜0.33。噪聲小，可忽略。

        3工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法 噪聲消除措施

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，主要考慮通過(guò)管路改造和閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造，來(lái)消除振動(dòng)和噪聲。但是現(xiàn)場(chǎng)管路布置在最初上生產(chǎn)線時(shí)即已確定，再添加旁路工期較長(zhǎng)。于是閥門(mén)內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造成為關(guān)鍵。

        結(jié)合閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)，經(jīng)過(guò)改造設(shè)計(jì)計(jì)算，主要對(duì)閥芯和套筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。設(shè)計(jì)采用閥門(mén)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(shí)，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(fù)雜流動(dòng)。由于突然的收縮和突然擴(kuò)大，使流場(chǎng)極不均勻，極易產(chǎn)生強(qiáng)大的噪聲。改善流場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)合。套筒設(shè)計(jì)主要是小孔的孔數(shù)的設(shè)計(jì)，為了保證閥最大開(kāi)度時(shí)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(shí)體積急劇膨脹，因此進(jìn)行流道設(shè)計(jì)時(shí)要將套筒窗口流通截面即小孔直徑從下到上逐級(jí)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(dòng)。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(dǎo)向槽，來(lái)控制閥芯徑向旋轉(zhuǎn)并對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)行程進(jìn)行限位，具體結(jié)構(gòu)圖如圖所示。減壓閥是一種常見(jiàn)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(shè)備的安全運(yùn)行。不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同類型的減壓閥，本文將為大家介紹幾種常見(jiàn)的減壓閥型號(hào)及其應(yīng)用場(chǎng)景。

工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)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(jiǎn)單的減壓閥，適用于對(duì)流量和壓力要求不高的場(chǎng)合。它主要由活塞、彈簧和調(diào)節(jié)螺母組成，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺母的位置來(lái)改變彈簧的壓力，從而實(shí)現(xiàn)減壓的目的。這種減壓閥廣泛應(yīng)用于燃?xì)狻⒁夯瘹狻⑹秃突さ刃袠I(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(jiǎn)單的減壓閥，適用于對(duì)流量和壓力要求較高的場(chǎng)合。彈簧和膜片組成，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的壓力來(lái)改變膜片的變形程度，從而實(shí)現(xiàn)減壓的目的。這種減壓閥廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、半導(dǎo)體和化學(xué)等行業(yè)。
3. 比例式減壓閥
比例式減壓閥是一種能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力的減壓閥，適用于對(duì)流量和壓力要求較高、且需要控制的場(chǎng)合。彈簧、比例電磁鐵和傳感器組成，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力的變化，并通過(guò)比例電磁鐵控制閥門(mén)的開(kāi)度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力。這種減壓閥廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、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(duì)噪聲污染要求較高的場(chǎng)合。彈簧、膜片和消聲器組成，通過(guò)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(yīng)用于市政工程、醫(yī)院和學(xué)校等場(chǎng)所。

        4 工業(yè)減壓閥噪聲改進(jìn)解決辦法實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

        按照GB/T12245-2006減壓閥性能試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，出廠試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括殼體強(qiáng)度、密封性能和調(diào)壓性能。經(jīng)過(guò)100-110kg冷水打壓實(shí)驗(yàn)，閥門(mén)開(kāi)度和流量特性曲線滿足等百分比關(guān)系。考慮到閥門(mén)在啟閉和小流量開(kāi)度時(shí)，高壓差全部集中在閥芯和閥座的密封面上，高速流體會(huì)對(duì)密封面造成嚴(yán)重沖刷，甚至產(chǎn)生空化氣蝕。為了保護(hù)閥內(nèi)件不受損壞，延長(zhǎng)閥門(mén)的使用壽命，特設(shè)計(jì)5%以下的行程為空行程。總之，不同的應(yīng)用場(chǎng)景需要不同類型的減壓閥。在選擇減壓閥時(shí)，需要根據(jù)實(shí)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(hào)。