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(xiàn)有研究基礎(chǔ)，分析了減壓閥內(nèi)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，總結(jié)了目前國內(nèi)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(nèi)外降噪技術(shù)的研究現(xiàn)狀.經(jīng)過分析總結(jié)，探討了目前研究存在的主要問題：減壓閥內(nèi)流動(dòng)復(fù)雜、旋渦流動(dòng)發(fā)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(yīng)在綜合理論分析、試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，確定減壓閥內(nèi)噪聲源位置并分析噪聲指向性，明確降噪機(jī)理，進(jìn)而研究降噪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)根源降噪.未來對減壓閥噪聲的控制應(yīng)從流動(dòng)機(jī)理和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新同時(shí)著手，進(jìn)而推出一套普適性低噪聲閥門設(shè)計(jì)理論.研究減壓閥內(nèi)噪聲可以為有效并針對性地降低噪聲提供可靠依據(jù).

減壓閥噪音原因及解決辦法產(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。

一、減壓閥噪音原因及解決辦法機(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)會產(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)，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、減壓閥噪音原因及解決辦法流體動(dòng)力學(xué)噪音 

流體動(dòng)力學(xué)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(chǎn)生的，其產(chǎn)生的過程可以分為兩個(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，其頻率和噪音級都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問題。

 ② 汽蝕噪音，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，是在Δp初始以下,因?yàn)闇p壓的實(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。此外，還要注意相對于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。

三、減壓閥噪音原因及解決辦法空氣動(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)生的噪音稱為空氣動(dòng)力學(xué)噪音。這種噪音是一種在減壓閥噪音中占大多數(shù)而且處理起來最為麻煩的噪音。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?？諝鈩?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。綜上所述，從根本上來說，減壓產(chǎn)生噪音都跟自身的設(shè)計(jì)和制造工藝有關(guān)。

 通過對相關(guān)聲學(xué)基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)消音減壓閥噪聲主要源自啟閉過程中產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和氣動(dòng)噪聲，其中機(jī)械噪聲是閥門在啟閉時(shí)產(chǎn)生的，該噪聲主要是由于高速氣流對周圍固體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊而使周圍腔體產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出的；氣動(dòng)噪聲主要來自氣體流動(dòng)時(shí)自身湍流而產(chǎn)生的。依據(jù)中科院聲學(xué)研究所馬大猷教授所提出的微穿孔板消聲減噪的理論，結(jié)合某實(shí)際工程案例的相關(guān)參數(shù)和某公司申請的應(yīng)用型，提出一種新型消音減壓閥的結(jié)構(gòu)形式。 

在對該工程問題進(jìn)行深入地了解和剖析后，發(fā)現(xiàn)消音減壓閥在該管道工藝中起到煤氣流量及壓力調(diào)節(jié)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(diào)，切斷時(shí)且需要有密封作用，左端和右端的壓力差較大，極易產(chǎn)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(diào)節(jié)閥共振時(shí)，才有能量疊加而產(chǎn)生100多分貝的強(qiáng)烈噪音。有的表現(xiàn)為振動(dòng)強(qiáng)烈，噪音不大，有的振動(dòng)弱，而噪音卻非常大；有的振動(dòng)和噪音都較大。這種噪音產(chǎn)生一種單音調(diào)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(yīng)力組合或是安裝管線時(shí)，方法或步驟錯(cuò)誤則會產(chǎn)生各種應(yīng)力，比如高溫介質(zhì)安裝錯(cuò)誤會產(chǎn)生熱應(yīng)力安裝時(shí)緊固力不均衡造成的應(yīng)力，人為的某些碰撞給調(diào)節(jié)閥及其管道造成的應(yīng)力等。這些應(yīng)力作用在調(diào)節(jié)閥及其管線上，很容易對調(diào)節(jié)閥的性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會影響到調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身，導(dǎo)致閥桿和導(dǎo)向件變形而不能和閥座對準(zhǔn)中心;對于分體式閥體的調(diào)節(jié)閥，可能引起閥體法蘭的脫開;應(yīng)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(dòng)力噪音源?？栈瘯r(shí)，汽泡破裂產(chǎn)生高速?zèng)_擊，使其局部產(chǎn)生強(qiáng)烈湍流，產(chǎn)生汽蝕噪音。這種噪音具有較寬的頻率范圍，產(chǎn)生格格聲，與流體中含有砂石發(fā)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(shí)，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(dāng)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?？捎梦舨牧习≡胍粼春烷y后管線。必須指出，因噪音會經(jīng)由流體流動(dòng)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?yàn)檫@是一種較費(fèi)錢的辦法。

（5）串聯(lián)消音器法

本法適用于作為空氣動(dòng)力噪音的消音，它能夠有效地消除流體內(nèi)部的噪音和抑制傳送到固體邊界層的噪音級。對質(zhì)量流量高或閥前后壓降比高的地方，本法*而又經(jīng)濟(jì)。使用吸收型串聯(lián)消音器可以大幅度降低噪音。但是，從經(jīng)濟(jì)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(huán)境的噪音減小到人們可以接受的范圍內(nèi)。

（7）串聯(lián)節(jié)流法

在調(diào)節(jié)閥的壓力比高（△P/P1≥0.8）的場合，采用串聯(lián)節(jié)流法，就是把總的壓降分散在調(diào)節(jié)閥和閥后的固定節(jié)流元件上。如用擴(kuò)散器、多孔限流板，這是減少噪音辦法中*的。為了得到的擴(kuò)散器效率，必須根據(jù)每件的安裝情況來設(shè)計(jì)擴(kuò)散器（實(shí)體的形狀、尺寸），使閥門產(chǎn)生的噪音級和擴(kuò)散器產(chǎn)生的噪音級相同。

（8）選用低噪音閥

低噪音閥根據(jù)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(diǎn)產(chǎn)生超音速。有多種形式，多種結(jié)構(gòu)的低噪音閥（有為專門系統(tǒng)設(shè)計(jì)的）供使用時(shí)選用。當(dāng)噪音不是很大時(shí)，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(dá)到將噪聲的危害控制在相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范所要求的噪聲范圍內(nèi)的目的，但卻耗費(fèi)了巨大的土地資源成本和建造成本。若是開發(fā)設(shè)計(jì)出一種兼有自由調(diào)節(jié)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(jié)約資源、減排環(huán)保等方面有著廣闊的開發(fā)前景、巨大的使用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)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(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元計(jì)算，獲得滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(jié)構(gòu)方面的幾何尺寸。在此基礎(chǔ)之上，再對消音減壓閥進(jìn)行聲學(xué)性能模擬仿真，通過對比計(jì)算結(jié)果的聲壓級數(shù)值和實(shí)際的工業(yè)噪聲標(biāo)準(zhǔn)值，可得知：消音減壓閥在管路系統(tǒng)中產(chǎn)生的噪聲在相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的范圍內(nèi)。 

再者，采用有限元方法中的流固耦合方法對消音減壓閥進(jìn)行聲學(xué)有限元分析計(jì)算，獲得消音減壓閥的聲學(xué)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(jìn)行聲學(xué)有限元分析，并對該計(jì)算結(jié)果和前面所得到的后處理結(jié)果進(jìn)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(jìn)行聲學(xué)有限元分析，并對該結(jié)果和前面所得到的后處理結(jié)果進(jìn)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(xué)性能結(jié)果與實(shí)際多閥門組結(jié)合密閉消聲室的噪聲結(jié)果進(jìn)行對比。

減壓閥噪音原因及解決辦法結(jié)果表明：

消音減壓閥在管路系統(tǒng)中調(diào)節(jié)流體壓力和降低噪聲方面有著更多明顯的優(yōu)勢。通過改變結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的方式，分析不同結(jié)構(gòu)形式下的消音減壓閥的聲學(xué)性能，以選用合適的幾何結(jié)構(gòu)的尺寸以達(dá)到減噪優(yōu)化的目的。已獲得的關(guān)于消音減壓閥機(jī)械性能、聲學(xué)性能方面的數(shù)據(jù)和相關(guān)結(jié)論，為進(jìn)一步開發(fā)和設(shè)計(jì)消音減壓閥提供一些有益的建議。