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化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案
介紹了減壓閥的噪聲允許值的確定方法，分析了減壓閥運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪聲的機(jī)理，并對(duì)大口徑大流量提升套筒式減壓閥提出了有效的降噪措施，取得了令人滿意的效果。閥體，其內(nèi)具有閥腔，所述閥體上設(shè)有分別與所述閥腔連通的介質(zhì)入口通道和介質(zhì)出口通道；降噪籠組件，其包括兩個(gè)以上由內(nèi)向外依次套設(shè)的降噪籠，所述降噪籠的籠壁上設(shè)有降噪孔，且位于最內(nèi)側(cè)的降噪籠內(nèi)形成籠腔；所述降噪籠組件設(shè)于所述閥體的閥腔內(nèi)，所述籠腔與所述介質(zhì)入口通道相對(duì)，所述降噪籠的籠壁與所述介質(zhì)出口通道相對(duì)，以使介質(zhì)從所述介質(zhì)入口通道進(jìn)入到所述籠腔后，再經(jīng)所述降噪籠組件的降噪孔進(jìn)入到所述介質(zhì)出口通道排出；
減壓閥是通過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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 化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案的允許噪聲等級(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(wèn)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。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(guò)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(guò)允許值，則必須采取降噪措施。
2 化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案的噪聲源及噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
減壓閥在降壓過(guò)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(guò)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(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(wèn)題。
② 汽蝕噪聲，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。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(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(méi)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*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 化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案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(guò)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(shuō)，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。
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(shuō)，其減壓孔的長(zhǎng)度和粗糙度不可能太大。經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)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 化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案結(jié)束語(yǔ)
關(guān)于噪聲問(wèn)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*而且方法。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。多級(jí)降噪籠式調(diào)節(jié)閥適用于電廠、石化、造紙等行業(yè)中的具有蒸汽、空氣等氣體介質(zhì)的高壓差流體控制場(chǎng)合。
其中的降噪籠組件采用多級(jí)節(jié)流手段，各級(jí)降噪孔錯(cuò)位分布，設(shè)置逐級(jí)增大的降噪孔和級(jí)間間隙，形成有效的節(jié)流與擴(kuò)容空間，構(gòu)成介質(zhì)立體的流通路徑，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的逐級(jí)降壓、降噪，可適應(yīng)氣體節(jié)流擴(kuò)散與膨脹，達(dá)到在高壓差、高流速工況下減小介質(zhì)在調(diào)節(jié)閥出口流速的目的，可避免介質(zhì)對(duì)閥體及閥芯的直接沖刷，解決調(diào)節(jié)閥在高壓差工況下容易產(chǎn)生噪音高、振動(dòng)強(qiáng)烈的問(wèn)題，可有效提高調(diào)節(jié)閥的使用壽命。
