初探调节阀噪音的计算与预防控制

SPL指被测声压与参考声压两者振幅比的对数函数,其单位为dB(分贝)。可表示为:

SPL=20·logPS/P0

式中:P0—参考声压,其值为0.0002μbar(该值为1000Hz时,人耳可听见的最低声压。PS—被测点声压,μbar。

2.声音加权网络(SoundWeightingNetworks)

加权网络基于所测量的声音应与所期望的频率响应相一致。研究环境噪声,广泛A—加权网络。它被设计成人耳能感觉的频率的频谱,单位为dB(A)。

3.闪蒸(Flashing)

当流体流经调节阀的节流流道后,压力下降到等于或小于其饱和蒸汽压,使其部分液体气化的现象。

4.空化(Cavitation)

当液体出现闪蒸,但离开节流流道处压力恢复到其饱和蒸汽压以上,气泡产生破裂,冲击损坏阀内件的现象。

调节阀噪声主要分为阀内件的机械噪声和流体噪声。

1.阀内件机械噪声

阀内件机械噪声是由调节阀内的部件对流经调节阀的湍流所造成的。涡流和湍流冲击阀部件,能够引起振动,波及邻近表面产生噪音,其频率小于1500Hz,具有一种音调的特性。如果这种振动接近阀芯和阀杆组合的固有频率,就会产生共振。Masoneilan调节阀很少发生机械振动噪音,因为他推出了上部导向和套筒导向式调节阀。万一发生机械振动噪音,就必须采取措施,消除造成共振的条件,一般采用提高加工精度、减小配合间隙,加大阀杆尺寸、减小阀芯质量或改变流向等,这些措施的目的主要是改变零部件的固有频率,消除彼此之间激发共振的频率。

2.流体噪声

流体噪声可分为流体动力噪声和气体动力噪声两种。

1)流体流动噪声指液体在阀的节流过程中始终保持液态,其噪声一般是由液体应力或湍流直接冲击调节阀和管道产生的。这种噪声通常在90dB(A)以下,设计中可以不考虑。

那么如何判断是否产生气蚀呢?一般调节阀上的DP小于气蚀起始压降DP起始,阀不产生气蚀。而

DP起始=KC(P1-PV)(1)

式中:KC——阀起始气蚀系数,(见图1);P1——阀前压力,bar(绝);PV——阀入口处液体温度的饱和蒸汽压,bar(绝)。

图1

当DP≥DP起始时,意味着阀开始产生气蚀。设计者必须对阀的噪声进行预估,并对阀内件的结构、材质作慎重考虑。

1.流体动力噪声计算公式

根据式(1)计算DP起始值。

如果:DP≤DP起始,表示只产生液体流动噪声,计算公式为:

SL=10·logCV+20·logDP-30·log(t)+70.5(2)

如果:KC(P1-PV)f2(P1-PV),表示产生初始气蚀噪声,计算公式:

SL=10·logCV+20·logDP+DP...log14.5(P2–PV)–30·log(t)+70.5(3)

如果:DP>Cf2(P1-PV)且P2>PV,则说明产生全气蚀噪声。计算公式从公式(3)中减去下列一项:

5·log(DP-Cf2(P1-PV))+6(4)

上面各式中Cf和KC值可查考表1

2.空气动力噪声计算公式

(1)气体(不包括蒸汽)

SL=10log[2.6×105CVCfP1P2D2ηT/t3]+SLg(5)

(2)蒸汽

SL=10log[5.8×107CVCfP1P2D2η(1+0.00126Tsh)/t3](6)

式中:D—下游管道直径T—绝对温度,KTsh—过热温度,℃SLg—气体特性系数(见表2)

Cf、KC值

表2

图3

三、阀噪声的预防和降低和措施

了解了阀噪声产生的原因之后,就可以针对不同工况具体分析并采取措施给予防止和降低。

1.流体动力噪声的预防和降低

(1)选用Cf、KC值大的调节阀。(2)改变阀的流向提高Cf值(3)提高阀前压力P1。

如果由于工艺条件所限,气蚀不能避免是,就要选用抗气蚀调节阀,如选用多级阀芯来分散压降,避免气蚀产生。Masoneilan公司研制了一种高压抗气蚀阀,阀芯如图4(参考Masoneilan可变阻流阀芯产品样本)。

图4

2.气体动力噪声的预防和降低

气体动力噪声的预防与降低措施由以上分析可知,噪声主要与流速有关。这种噪声不但产生在阀的节流处,而且当阀出口口径较小时,可压缩性流体在阀下游的压力扩张,就可以使流速达到声速,从而产生冲击波导致噪声的增加.可以通过声源处理方法(防止噪音的发处生)或管道处理方法(管道隔绝法、消音器此外,或提高管道的标号)来减低或消除空气动力噪音。由于声音一旦发生,实际上就不衰减地在下游管道里传播,因此,声源处理方法是常用的方法。

声源处理方法:主要是选用低噪声阀代替一般调节阀。其阀内件的结构形式基本分两类。一类是多孔型阀芯;一类是多级将压型阀芯。前者是在阀内件套筒和柱塞上钻许多按一定规律分布的小孔。减小流体通过是的喷射体积,从而降低机械能转化为声能的效应。另外,较小的涡流可将流体产生的声能移到较高的频率,使人不易感到噪声的存在。后者利用摩擦原理降低流速。而且,它的流径设计成逐渐增加流径面积,达到减小流速的目的。

一般在工程选用的调节阀的预估噪声大于90分贝是,就要选用低噪声阀。

管道处理方法:即对阀下游管道系统的处理。其方法有三种

1.使用消音器

2.提高管道的标号

增加下游管道的管壁厚度,能够有效减低控制阀的噪音。不过,由于噪音一旦产生,并不迅速沿着下游管道长度消散,因此,这一方法一般必须用在整个下游系统上。

3.管道隔绝法

这一方法,和增加管道管壁厚度的方法一样,也能够有效减低所发出的噪音。不过,必须注意三个限制。第一,和改变管道标号的方法一样,隔绝法也必须用在整个下游系统上。第二,必须细心安装隔绝材料,免得材料变成“无效用”,以至严重减低这一方法的有效性。第三,一般用于管道系统的隔热方法,其减低噪音的有效性是有限的。因为合适的材料往往不适用于高温,所用的粘合剂可能熔化,从根本上改变了本身的音响质量和热力特性。实际应用上,由于声音从阀盖和上部装置“漏出”,最大限度只能减小11-12分贝(A)。

四、结论

通过分析Masoneilan公司调节阀噪声的预测和控制,引用其成熟经验和理论,其目的是了为更好的开发和应用国产调节阀。

THE END
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