減壓閥噪音原因及解決辦法

【資料簡介】

減壓閥噪音原因及解決辦法

為了全面深刻理解減壓閥噪聲的具體生成過程及現有研究基礎，分析了減壓閥內噪聲產生的機理，總結了目前國內外減壓閥噪聲的研究方法，并從來源降噪和傳播降噪兩方面回顧了國內外降噪技術的研究現狀.經過分析總結，探討了目前研究存在的主要問題：減壓閥內流動復雜、旋渦流動發生位置不明確和高速射流相互作用的影響不確定等；指出未來方向應在綜合理論分析、試驗研究和數值模擬的基礎上，確定減壓閥內噪聲源位置并分析噪聲指向性，明確降噪機理，進而研究降噪技術，實現根源降噪.未來對減壓閥噪聲的控制應從流動機理和結構創新同時著手，進而推出一套普適性低噪聲閥門設計理論.研究減壓閥內噪聲可以為有效并針對性地降低噪聲提供可靠依據.

 

 

減壓閥噪音原因及解決辦法產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。

 

 

一、減壓閥噪音原因及解決辦法機械振動產生的噪音 

減壓閥的零部件在流體流動時會產生機械振動，機械振動又可分為兩種形式：

 ① 低頻振動。這種振動是由介質的射流和脈動造成的，其產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流動所造成的激勵頻率一致時，將引起共振，它是減壓閥在一定減壓范圍內產生的，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流動速度無關，多是由于減壓閥自身設計不合理產生。 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、減壓閥噪音原因及解決辦法流體動力學噪音 

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生的，其產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表面相互作用而產生的噪音，其頻率和噪音級都比較低，一般并不構成噪音問題。

 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，要在局部產生很高的壓力和沖擊波，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，是在Δp初始以下,因為減壓的實際減壓值達到Δp初始值時，液體就開始產生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。此外，還要注意相對于閥瓣的流體介質的流動方向。

 

 

三、減壓閥噪音原因及解決辦法空氣動力學噪聲 

當蒸汽等可壓縮性流體通過減壓閥內的減壓部位時，流體的機械能轉換為聲能而產生的噪音稱為空氣動力學噪音。這種噪音是一種在減壓閥噪音中占大多數而且處理起來最為麻煩的噪音。這種噪聲產生的原因分為兩種情況，一是由于流體紊流所產生，二是由于流體達到臨界流速引起的激波而產生的。空氣動力學噪聲不能*被消除，因為減壓閥在減壓時引起流體紊流是不可避免的。綜上所述，從根本上來說，減壓產生噪音都跟自身的設計和制造工藝有關。

 

 

 通過對相關聲學基礎理論進行研究，發現消音減壓閥噪聲主要源自啟閉過程中產生的機械噪聲和氣動噪聲，其中機械噪聲是閥門在啟閉時產生的，該噪聲主要是由于高速氣流對周圍固體結構產生沖擊而使周圍腔體產生振動而發出的；氣動噪聲主要來自氣體流動時自身湍流而產生的。依據中科院聲學研究所馬大猷教授所提出的微穿孔板消聲減噪的理論，結合某實際工程案例的相關參數和某公司申請的應用型，提出一種新型消音減壓閥的結構形式。 

 

 

在對該工程問題進行深入地了解和剖析后，發現消音減壓閥在該管道工藝中起到煤氣流量及壓力調節的作用，必須要解決管道氣流流量大，管道口徑大，右端管道的氣流流量要可調，切斷時且需要有密封作用，左端和右端的壓力差較大，極易產生噪聲等工作問題，

 

 

減壓閥噪音原因及解決辦法解決辦法

1）消除共振噪音法

只有調節閥共振時，才有能量疊加而產生100多分貝的強烈噪音。有的表現為振動強烈，噪音不大，有的振動弱，而噪音卻非常大；有的振動和噪音都較大。這種噪音產生一種單音調的聲音，其頻率一般為3000～7000赫茲。顯然，消除共振，噪音自然隨之消失。消除應力組合或是安裝管線時，方法或步驟錯誤則會產生各種應力，比如高溫介質安裝錯誤會產生熱應力安裝時緊固力不均衡造成的應力，人為的某些碰撞給調節閥及其管道造成的應力等。這些應力作用在調節閥及其管線上，很容易對調節閥的性能產生影響，嚴重時會影響到調節系統本身，導致閥桿和導向件變形而不能和閥座對準中心;對于分體式閥體的調節閥，可能引起閥體法蘭的脫開;應力還可能引起閥座泄漏等。

 

 

（2）消除汽蝕噪音法

汽蝕是主要的流體動力噪音源。空化時，汽泡破裂產生高速沖擊，使其局部產生強烈湍流，產生汽蝕噪音。這種噪音具有較寬的頻率范圍，產生格格聲，與流體中含有砂石發出的聲音相似。消除和減小汽蝕是消除和減小噪音的有效辦法。

 

 

（3）使用厚壁管線法

采用厚壁管是聲路處理辦法之一。使用薄壁可使噪音增加5分貝，采用厚壁管可使噪音降低0～20分貝。同一管徑壁越厚，同一壁厚管徑越大，降低噪音效果越好。如DN200管道，其壁厚分別為6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm時，可降低噪音分別為-3.5、-2（即增加）、0、3、6、8、11、13、14.5分貝。當然，壁越厚所付出的成本就越高。

 

 

（4）采用吸音材料法

這也是一種較常見、*的聲路處理辦法。可用吸音材料包住噪音源和閥后管線。必須指出，因噪音會經由流體流動而長距離傳播，故吸音材料包到哪里，采用厚壁管至哪里，消除噪音的有效性就終止到哪里。這種辦法適用于噪音不很高、管線不很長的情況，因為這是一種較費錢的辦法。

 

 

（5）串聯消音器法

本法適用于作為空氣動力噪音的消音，它能夠有效地消除流體內部的噪音和抑制傳送到固體邊界層的噪音級。對質量流量高或閥前后壓降比高的地方，本法*而又經濟。使用吸收型串聯消音器可以大幅度降低噪音。但是，從經濟上考慮，一般限于衰減到約25分貝。

 

 

（6）隔音箱法

使用隔音箱、房子和建筑物，把噪音源隔離在里面，使外部環境的噪音減小到人們可以接受的范圍內。

 

 

（7）串聯節流法

在調節閥的壓力比高（△P/P1≥0.8）的場合，采用串聯節流法，就是把總的壓降分散在調節閥和閥后的固定節流元件上。如用擴散器、多孔限流板，這是減少噪音辦法中*的。為了得到的擴散器效率，必須根據每件的安裝情況來設計擴散器（實體的形狀、尺寸），使閥門產生的噪音級和擴散器產生的噪音級相同。

 

 

（8）選用低噪音閥

低噪音閥根據流體通過閥芯、閥座的曲折流路（多孔道、多槽道）的逐步減速，以避免在流路里的任意一點產生超音速。有多種形式，多種結構的低噪音閥（有為專門系統設計的）供使用時選用。當噪音不是很大時，選用低噪音套筒閥，可降低噪音10～20分貝，這是低噪音閥。

 

 

在普通閥門組外建造密閉消聲室的方法雖然能達到將噪聲的危害控制在相關工業標準和規范所要求的噪聲范圍內的目的，但卻耗費了巨大的土地資源成本和建造成本。若是開發設計出一種兼有自由調節氣壓和降低噪聲功效的新型閥門—消音減壓閥，該新型消音減壓閥將會在節約資源、減排環保等方面有著廣闊的開發前景、巨大的使用價值和現實意義。

 

 

然后通過采用有限元法對某一特定幾何尺寸下的消音減壓閥閥體結構進行結構強度的有限元計算，獲得滿足結構強度要求下合適的微穿孔柱板半徑，柱板長度，柱板厚度，微穿孔柱板上微孔的孔徑，微穿孔排列形式等結構方面的幾何尺寸。在此基礎之上，再對消音減壓閥進行聲學性能模擬仿真，通過對比計算結果的聲壓級數值和實際的工業噪聲標準值，可得知：消音減壓閥在管路系統中產生的噪聲在相關工業標準所要求的范圍內。 

 

 

再者，采用有限元方法中的流固耦合方法對消音減壓閥進行聲學有限元分析計算，獲得消音減壓閥的聲學性能。在此流程之上，在改變微穿孔柱板的半徑后，對該消音減壓閥再次進行聲學有限元分析，并對該計算結果和前面所得到的后處理結果進行對比，可得知改變微穿孔柱板的半徑對消音減壓閥的減噪有一定程度的影響，增大微穿孔板的半徑可提高消音減壓閥的減噪效果。

 

 

在改變微穿孔主板的長度后，對該消音減壓閥再次進行聲學有限元分析，并對該結果和前面所得到的后處理結果進行對比，可得知改變微穿孔柱板的長度對消音減壓閥的減噪有一定程度的影響，增長微穿孔板的長度可提高消音減壓閥的減噪效果。 最后并將得到的聲學性能結果與實際多閥門組結合密閉消聲室的噪聲結果進行對比。

 

 

減壓閥噪音原因及解決辦法結果表明：

消音減壓閥在管路系統中調節流體壓力和降低噪聲方面有著更多明顯的優勢。通過改變結構的形式，主要采用改變微穿孔柱板的長度，半徑，微孔孔徑，微孔排列方式等手段來改變結構的方式，分析不同結構形式下的消音減壓閥的聲學性能，以選用合適的幾何結構的尺寸以達到減噪優化的目的。已獲得的關于消音減壓閥機械性能、聲學性能方面的數據和相關結論，為進一步開發和設計消音減壓閥提供一些有益的建議。