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(guò)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(guó)內(nèi)外減壓閥噪聲的研究方法，并從來(lái)源降噪和傳播降噪兩方面回顧了國(guó)內(nèi)外降噪技術(shù)的研究現(xiàn)狀.經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，探討了目前研究存在的主要問(wèn)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(lái)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(lái)對(duì)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(mén)設(shè)計(jì)理論.研究減壓閥內(nèi)噪聲可以為有效并針對(duì)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(huì)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(wú)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(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(jí)都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問(wèn)題。

 ② 汽蝕噪音，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(kāi)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(kāi)始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。此外，還要注意相對(duì)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(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(lái)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。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。綜上所述，從根本上來(lái)說(shuō)，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(guò)對(duì)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(guò)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(mén)在啟閉時(shí)產(chǎn)生的，該噪聲主要是由于高速氣流對(duì)周?chē)腆w結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊而使周?chē)惑w產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)出的；氣動(dòng)噪聲主要來(lái)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(qǐng)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(duì)該工程問(wèn)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(wèn)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(huì)產(chǎn)生各種應(yīng)力，比如高溫介質(zhì)安裝錯(cuò)誤會(huì)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(duì)調(diào)節(jié)閥的性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(duì)準(zhǔn)中心;對(duì)于分體式閥體的調(diào)節(jié)閥，可能引起閥體法蘭的脫開(kāi);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。空化時(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(jiàn)、*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(huì)經(jīng)由流體流動(dòng)而長(zhǎng)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(zhǎng)的情況，因?yàn)檫@是一種較費(fèi)錢(qián)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(jí)。對(duì)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(chǎng)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(lái)設(shè)計(jì)擴(kuò)散器（實(shí)體的形狀、尺寸），使閥門(mén)產(chǎn)生的噪音級(jí)和擴(kuò)散器產(chǎn)生的噪音級(jí)相同。

（8）選用低噪音閥

低噪音閥根據(jù)流體通過(guò)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(mén)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(mén)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(kāi)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(mén)—消音減壓閥，該新型消音減壓閥將會(huì)在節(jié)約資源、減排環(huán)保等方面有著廣闊的開(kāi)發(fā)前景、巨大的使用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

然后通過(guò)采用有限元法對(duì)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(zhǎng)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(duì)消音減壓閥進(jìn)行聲學(xué)性能模擬仿真，通過(guò)對(duì)比計(jì)算結(jié)果的聲壓級(jí)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(duì)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(duì)該消音減壓閥再次進(jìn)行聲學(xué)有限元分析，并對(duì)該計(jì)算結(jié)果和前面所得到的后處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可得知改變微穿孔柱板的半徑對(duì)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(zhǎng)度后，對(duì)該消音減壓閥再次進(jìn)行聲學(xué)有限元分析，并對(duì)該結(jié)果和前面所得到的后處理結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可得知改變微穿孔柱板的長(zhǎng)度對(duì)消音減壓閥的減噪有一定程度的影響，增長(zhǎng)微穿孔板的長(zhǎng)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(mén)組結(jié)合密閉消聲室的噪聲結(jié)果進(jìn)行對(duì)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(shì)。通過(guò)改變結(jié)構(gòu)的形式，主要采用改變微穿孔柱板的長(zhǎng)度，半徑，微孔孔徑，微孔排列方式等手段來(lái)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(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)消音減壓閥提供一些有益的建議。