阀内件对噪音的影响

   
阀内件产生的阀门嗓音是由于下述原因之一所造成的:
(1)机械振动;
(2)固有频率振动;
(3)节流不稳定性;
(4)流动介质——液体的气蚀或气体流动的空气动力学影响;
(5)在阀门关闭件上的水锤冲击。

 
    机械振动可以用下述方法降低:
    (1)保持紧密的径向间隙;
    (2)采用重型导向来分散冲击荷载及减弱振动;
    (3)选用耐热及减少磨损的材料,防止间隙扩大;
    (4)在套筒阀的重型阀芯导向上,采用一个弹性材料的阻尼环,这也可以当作压力平衡式套筒结构的密封。
    固有频率振动可以用下列方法消除:
    (1)采用整体铸造的阀芯和零件来破坏其对称性,而不采用圆柱形薄壁筒焊在杆上;
    (2)把圆柱形薄壁窗口型阀芯更换为柱塞式阀芯,或者反过来也是一样;
    (3)改变流向;
    (4)改变阀杆直径;
    (5)采用单座阀带重型阀芯导向(没有导向杆),因为较大的阀芯刚性对振动不太敏感。

 
    节流不稳定性是组合件垂直振荡的运动,包括阀芯、阀杆及活动的执行机构部件,单座和双座无压力平衡的阀门均不稳定,当其节流到高压降低行程时,如在“流体动力影响”部分所作的说明,由流体碰撞在阀芯上而产生巨大的向上和向下推力,迅速地改变它们的方向和(或)幅值。这种影响可能由带阀门定位器的执行机构所放大,其组合的频率特性可能失去要求的控制作用。于是,引起了在流动介质中的压力波动,产生一个隆隆的噪声,频率大约在30赫左右。振动取决于阀芯-阀杆-执行机构等可动零件的质量有关的质量-弹簧比率。阀座、阀芯及阀杆由于振动、泄漏或阀杆断裂而损坏。另外,阀杆填料的磨损率也会增加了。


 
    节流不稳定性可以通过下述方法降低:
    (1)使用刚性执行机构(高的弹簧范围);
    (2)安装一个脉冲阻尼器,也有使用“液压缓冲器”安装在执行机构的推杆上;
    (3)设计一个压力平衡式套筒以减小不平衡力的由幅值,从而改善了稳定性;
    (4)维持快速的频率响应,用于调节器-阀门定位器-执行机构的组合。
    流动介质的噪音包括:
    (1)气蚀噪音,在高压降下通过阀座与阀芯的环形间隙所形成的气泡破裂后由冲击而产生的噪音;及
    (2)空气动力学噪音,由于高压气体进出阀门的流通口而引起的,是巨大的噪音。空气动力学噪音也可能由于压力恢复,随之在下游通道中的流速降低而产生的声音冲击波。
    空气动力学噪音如图33、34及35中所说明,可以用下述的办法来使其降低;
    (1)所采用的阀内件具有许多小的高速流通口,它在较高的频率下运行,也就是说,通过阀体的内壁而加速衰减。
    (2)所使用的阀内件具有锐边并改变流动的形状,这将减小气体的流速及旋涡的大小。流线型流动具有相反的效果,因为它允许声音的进一步等熵膨胀或超声喷射流,在压力恢复的时候产生更大的冲击波。
    (3)采用轴向套接式阀门,带可膨胀的弹性材料做成的阀杆和阀芯,而不采用标准的直通阀,因为这种阀门的阀芯套管具有衰减的作用。
    (4)可采用对于标准阀内件隔音层处理。


 
    水锤噪音及冲击是由于阀门的突然关闭、使运动的液体停住以及液体和管线中的冲击波反射而引起的,其强度与密度、速度及流动流体的减速的速率成比例地变化。在严重的情况下,法兰可能松动,造成临时的泄漏或垫片渗漏,管架可能撕裂松动;或使铸铁管破裂。线性和等百分比特性的阀芯在正常的调节器关闭速度下一般不会发生问题,然而,双位控制的快速动作调节器可能会引起一些麻烦。快开阀芯可能在关闭之前的最后行程的10-15%需要调节特性,特别在高压降的情况下。高的流速时。液压缓冲器安装在执行机构的推杆上,可以设计成恰好在切断之前减慢阀门的关闭速度,此外,脉冲阻尼器应当安装在管线系统中(将要求协调气体的充气压力与系统的特性相匹配)。
 
 
    (a)在套筒上采用多个高速的小孔以降低噪音
 
 
    (b)带槽的套筒提供多个孔,以增加频率及实现10-15分贝的衰减
 
 
    (c)多重V型口阀芯,形成口阀芯、形成许多小孔(衰减12分贝),用于气体压力调节,低噪音阀内件、流路的急转弯产生多速度头损耗,衰减空气动力学噪音及减少气蚀。气体流动是径向地向外,以给出一个恒速流的膨胀区。
 
 
    (d)双多孔低噪音套筒式阀内件、双重膨胀套筒显著地降低噪音,同时提高空气动力学噪音的频率,由重型阀体壁使噪音更多地衰减。外层的流通面积比内层的大,以便维持膨胀气体的低流速


 
低空气动力学噪音的阀内件结构
低空气动力学噪音的阀内件结构

 
图33 低空气动力学噪音的阀内件结构
 
图34 在恒定流速下减小压力以降低噪音

 
 
    在(c)中,在每块阀盘的交错流路中,流体经过多次直角转弯,使速度头大量损失掉,这就把基本的速度方程式从V=√2gh改变成V=√2gh/N,式中N表示在每个流路中一系列转弯的次数。经过考验的阀盘,在其表面上蚀刻出多流路通道,按预定的数量环绕着阀芯而层叠。流路的数量是随着阀芯行程的增加而打打开,提供介质流动。在高压降中使用时大大地减少了噪音和磨损。这种结构也同样适用于防止流体的气蚀。“V”是一个选定的平稳的出口流速,低于声速,通常最大为100米/秒。

“h”是通过阀门的压差,“N”决定所需的90°转弯的次数及整个阀盘的直径。在每块阀盘中的孔数是相同的,固有的流量特性为线性。等百分比,流量特性可以从接连的每块阀盘上增加开孔的数量而获得,当阀芯打开时,流体从这些孔中流过。有些结构在阀盘叠层的上面具有一个开口的套筒,以赋予最小的流动阻力,但压降是随着阀门的打开而减小,流速大大低于声速。

 
    圆锥形的阀芯使气体沿着曲折的途径膨胀,使流速增加很少,流通面积是逐渐增大,这就大大地降低了噪音。当压降发生于通过一系列孔时,带分子摩擦的绝热流动出现接近于恒定的焓值。阀门打开心后,阀芯平衡部分压力,但在关闭时,全部压降负荷施加在阀座上。部分平衡作用于关闭阀门是为了安全和节流稳定。最大流速约为普通阀门的四分之一,所以阀内件的磨损不严重,尽管颗粒可能冲击节流表面。
 
 
图35 特殊的低噪音阀门结构
 
    两相(液体和气体)的“汽团状”流动在通过控制阀时将产生一些冲击,但是由于在流体管线中的气体缓冲作用,通常使它限于较小的冲击。