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提升套筒式減壓閥的降噪措施|最新資料

前 言
  減壓閥是通過啟閉件的節(jié)流,將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力,并能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí),利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門。流體流經(jīng)減壓閥時(shí),會(huì)產(chǎn)生壓力損失,即能量損失,這部分損失的能量是造成振動(dòng)和噪聲的根源,減壓閥在工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲是不可避免的現(xiàn)象。若減壓閥的工作噪聲過高,則不僅會(huì)影響操作者的身體健康,而且還會(huì)威脅到整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的安全運(yùn)行,這種噪聲已被列為公害之一。根據(jù)有關(guān)環(huán)保法規(guī),若減壓閥的噪聲經(jīng)測(cè)定超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許值,就必須采取降噪措施。因此,管路系統(tǒng)中減壓閥的降噪問題,引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。筆者討論了減壓閥噪聲允許值的確定方法,分析了減壓閥工作時(shí)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理,提出了有效的降噪措施。實(shí)踐證明,其降噪效果明顯,令人滿意。
1、減壓閥的允許噪聲等級(jí)
  在實(shí)踐中,減壓閥噪聲控制的合理范圍一直是人們關(guān)注的問題。參照有關(guān)部門的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、勞動(dòng)安全標(biāo)準(zhǔn)以及減壓閥的制造標(biāo)準(zhǔn),減壓閥的允許噪聲如表1所示[1]。
表1 減壓閥的允許噪聲等級(jí)
持續(xù)時(shí)間/h 允許噪聲/dB
8 85
4 88
2 91
1 94
 * 允許噪聲最高值不得超過115 dB
  實(shí)際上,在確定減壓閥的噪聲允許值時(shí),還應(yīng)該綜合考慮下列各種因素,減壓閥的安裝位置及其工作環(huán)境;噪聲源功率大小;操作者的位置等。
  例如,當(dāng)減壓閥運(yùn)行時(shí),若操作者并不在其附近,此時(shí),可以適當(dāng)放寬減壓閥的允許噪聲等級(jí),這是因?yàn)樵肼曉诳諝庵袀鞑r(shí),其傳播距離每增加一倍,噪聲聲強(qiáng)將衰減6 dB。但是,在離噪聲源(即減壓閥處)1 m處,最大噪聲聲強(qiáng)不得大于85 dB,否則屬于超標(biāo)。
  在采取防止噪聲的措施時(shí),首先應(yīng)該確定噪聲的允許值,然后進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算。若計(jì)算值超過允許值,則必須采取降噪措施。
2、減壓閥的噪聲源及噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
  減壓閥在降壓過程中,消耗的流體介質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能以及產(chǎn)生噪音的聲能。要降低噪聲,首先就要把減壓過程中的能量盡量多地轉(zhuǎn)化為熱能。
  減壓閥的噪聲源大體上可以分為如下3大類: ① 減壓閥的零部件由于機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲; ② 流體動(dòng)力學(xué)噪聲; ③ 空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。
2.1 機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲
  減壓閥的零部件在流體流動(dòng)時(shí)的激勵(lì)作用下會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),機(jī)械振動(dòng)可分為兩種形式: ① 低頻振動(dòng),其頻率約為50~500 Hz,其聲壓級(jí)約為90 dB。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),其頻率約為1 000~8 000 Hz,其聲壓級(jí)在90 dB以上。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),將引起某種共振,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,其噪聲變化就很大。這種機(jī)械振動(dòng)噪聲與介質(zhì)流動(dòng)速度無(wú)關(guān),且這種振動(dòng)噪聲事先無(wú)法預(yù)測(cè)。
  減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是,改變減壓閥閥腔形狀和減壓面積的形狀,合理地設(shè)計(jì)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。
2.2 流體動(dòng)力學(xué)噪聲
  流體動(dòng)力學(xué)噪聲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(gè)階段: ① 紊流噪聲,即由紊流流體和減壓閥或管路內(nèi)表面相互作用而產(chǎn)生的噪聲,其頻率和噪聲級(jí)都比較低,一般并不構(gòu)成噪聲問題。 ② 汽蝕噪聲,即減壓閥在減壓過程中,當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時(shí),流體(液體)就開始汽化,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,這個(gè)沖擊壓力可達(dá)196 MPa,但是稍離爆炸中心的地方,壓力急劇衰減。這個(gè)沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪聲的一個(gè)主要因素,其噪聲級(jí)可以達(dá)到100 dB以上。產(chǎn)生汽蝕的壓力差可由式(1)表示[2]。
Δp初始=kc(p1-pv)              (1)
  安全汽蝕所需壓力差值由式(2)表示:
Δp臨界=c2r(p1-pv)              (2)
式中,p1為閥入口的壓力;pv為液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓力;kc為初始汽蝕系數(shù);cr為臨界流量系數(shù)。
  由式(1)和式(2)可以看出,減壓閥的實(shí)際減壓值達(dá)到Δp初始值時(shí),液體就開始產(chǎn)生汽蝕,而且噪聲將急劇增大。所以,在設(shè)計(jì)減壓閥時(shí),必須把減壓閥的減壓值控制在Δp臨界值以下,而且,最好是在Δp初始以下。此外,還要注意相對(duì)于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。
2.3 空氣動(dòng)力學(xué)噪聲
  當(dāng)蒸汽等可壓縮性流體通過減壓閥內(nèi)的減壓部位時(shí),流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生的噪聲稱為空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。這種噪聲是一種在減壓閥噪聲中占大多數(shù)而且處理起來(lái)最為麻煩的噪聲。該噪聲的頻率約為1 000~8 000 Hz,但它一般沒有特別陡尖的峰值頻率。這種噪聲產(chǎn)生的原因分為兩種情況,一是由于流體紊流所產(chǎn)生,二是由于流體達(dá)到臨界流速引起的激波而產(chǎn)生的。空氣動(dòng)力學(xué)噪聲不能完全被消除,因?yàn)闇p壓閥在減壓時(shí)引起流體紊流是不可避免的[3]。
3、降低減壓閥噪聲的方法
  減壓閥在運(yùn)行時(shí)要消耗大量的介質(zhì)內(nèi)能,這些能量一部分通過摩擦、渦流等轉(zhuǎn)換為熱能,其余的則引起機(jī)械振動(dòng)和碰撞等,從而產(chǎn)生噪聲。也就是說,這些被損失的內(nèi)能應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換為熱能,這樣才能達(dá)到降低噪聲的目的。
  圖1是某種氣動(dòng)減壓閥的結(jié)構(gòu)原理圖,減壓孔是一細(xì)長(zhǎng)的光孔,其阻力按式(3)計(jì)算[4],即
R=k1×Q               (3)
式中,R為阻力值;Q為通過減壓閥的流體流量;k1為阻力系數(shù),k1與孔的長(zhǎng)度、孔口形式和粗糙度等因素有關(guān),孔越長(zhǎng)、粗糙度越大,阻力系數(shù)也越大。

1—ZMB-5氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)  2—ZPS型傍式手輪機(jī)構(gòu)
  從以上分析可以看出,要想降低噪聲,就必須盡量增大R值,從而使減壓時(shí)消耗的內(nèi)能盡可能多地轉(zhuǎn)化為熱能而不是機(jī)械能和聲能。然而,對(duì)大口徑大流量提升式減壓閥來(lái)說,其減壓孔的長(zhǎng)度和粗糙度不可能太大。經(jīng)過多年探索,筆者運(yùn)用螺紋孔具有更大阻力并能產(chǎn)生渦流的原理,把減壓孔設(shè)計(jì)成螺紋孔的形式。一方面,通過改變流體的流動(dòng)方向并減小介質(zhì)的噴射速度,讓介質(zhì)從閥體內(nèi)四周經(jīng)過螺紋孔后在套筒內(nèi)混合,形成渦流而產(chǎn)生熱能;另一方面,螺紋孔的孔徑大小和兩個(gè)螺紋孔間的距離也是影響降噪效果的兩個(gè)重要因素,螺紋孔的孔徑太大,不僅減壓效果不理想,而且降噪效果差;螺紋孔太小又易被堵塞。螺紋孔間的距離太大,將在射流束之間產(chǎn)生干擾作用之前產(chǎn)生激波;而螺紋孔間距太小,兩個(gè)相鄰的射流將成為一個(gè)大射流,并在相互干擾作用之后產(chǎn)生激波。所以,必須恰當(dāng)設(shè)計(jì)螺紋孔的孔徑和間距。螺紋孔的孔徑在M4~M8之間,兩螺紋孔的間距在0.77~0.80倍的螺紋孔孔徑時(shí)所產(chǎn)生的降噪效果比較理想。現(xiàn)在,這種結(jié)構(gòu)的減壓閥在國(guó)內(nèi)幾個(gè)大型化工企業(yè)使用的效果非常好。
4、結(jié)束語(yǔ)
  關(guān)于噪聲問題,目前已經(jīng)能夠進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算,而且能采取有效的防止和降低噪聲的措施。在確定了允許噪聲級(jí)之后,可以從各種措施中選擇最有效而且最經(jīng)濟(jì)的方法。實(shí)踐表明,對(duì)大口徑大流量提升套筒式減壓閥這種特殊減壓的減壓孔,采取用螺紋孔代替光孔的辦法,工藝可行,可以使減壓閥的噪聲控制在允許噪聲之內(nèi),降噪效果較為理想,是行之有效的降噪措施。


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