氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法

以套筒式調(diào)節(jié)閥為研究對(duì)象,，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)知識(shí)和噪聲理論對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行分析，得到套筒式調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生振動(dòng)的原因,，并找出了調(diào)節(jié)閥內(nèi)流道中產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象的位置,。通過(guò)CFD數(shù)值模擬，計(jì)算出在某一開(kāi)度下調(diào)節(jié)閥的速度矢量圖,，并與理論分析的氣穴現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比分析,。該理論分析和CFD技術(shù)的采用，使得低噪聲,、高性能的套筒式調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)周期更短,，成本更低，效果更好,。

　　調(diào)節(jié)閥是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門(mén)部件2部分組成,。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是調(diào)節(jié)閥的驅(qū)動(dòng)裝置，它按信號(hào)壓力的大小產(chǎn)生相應(yīng)的推力,，使推桿產(chǎn)生相應(yīng)的位移,，從而帶動(dòng)閥芯動(dòng)作;閥門(mén)部件是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，直接與介質(zhì)接觸,，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)推桿的位移,，改變調(diào)節(jié)閥的節(jié)流面積，達(dá)到調(diào)節(jié)的目的,，同時(shí)它也是噪聲的主要發(fā)生源,。

　　當(dāng)流體流過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)，如前后左右壓力差過(guò)大就會(huì)造成對(duì)于閥心,、高壓閘閥等零部件的汽蝕狀況,，使流體造成噪音。商品流通工作能力值選變大,，務(wù)必再次挑選商品流通工作能力值適合的調(diào)節(jié)閥門(mén),，以擺脫調(diào)節(jié)閥門(mén)工作中在小開(kāi)啟度而造成的噪音，下邊詳細(xì)介紹幾類(lèi)清除噪音的方式,。

氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法

1,、清除共震噪音法

　　只能調(diào)節(jié)閥門(mén)共震時(shí)，才有動(dòng)能累加而造成100多分貝的明顯噪音,。有的主要表現(xiàn)為震動(dòng)明顯,，噪音并不大，有的震動(dòng)弱,，而噪音卻十分大;有的震動(dòng)和噪音都很大,。這類(lèi)噪音造成一種單聲調(diào)的響聲,，其頻率一般為3000～7000hz。顯而易見(jiàn),，清除共震,，噪音當(dāng)然隨著消退。

　　2,、清除氣蝕噪音法

　　氣蝕是關(guān)鍵的流體驅(qū)動(dòng)力噪音源,。空蝕時(shí),，氣泡裂開(kāi)造成髙速?zèng)_擊性,，使其部分造成明顯湍流，造成氣蝕噪音,。這類(lèi)噪音具備較寬的頻率范疇,，造成格格聲，與流體中帶有沙石傳出的響聲類(lèi)似,。清除和減少氣蝕是清除和減少噪音的合理方法,。

3、應(yīng)用薄壁管道法

　　選用厚壁管是聲路解決方法之一,。應(yīng)用厚壁可讓噪音提升5分貝,，選用厚壁管可讓噪音減少0～20分貝。同一管經(jīng)壁越厚,，同一壁厚管經(jīng)越大,，降低噪音實(shí)際效果越高。如DN200管路,，其壁厚各自為6.25,、6.75、8,、10,、12.5、15,、18,、20、21.5mm時(shí),，可降低噪音各自為-3.5,、-2(即提升)、0,、3,、6、8,、11,、13,、14.5分貝?；蛟S,，壁越厚所努力的成本費(fèi)越多高。

　　4,、選用隔音材料法

　　這都是一種較普遍,、合理的聲路解決方法。能用隔音材料包起來(lái)噪音源和閥后管道,。務(wù)必強(qiáng)調(diào)，因噪音會(huì)經(jīng)過(guò)流體游動(dòng)而遠(yuǎn)距離散播,，故隔音材料包到哪兒,，選用厚壁管至哪兒，清除噪音的實(shí)效性就停止到哪兒,。這類(lèi)方法適用噪音不很高,、管道不很長(zhǎng)的狀況，由于它是一種較燒錢(qián)的方法,。

　　5,、串連消聲器法此方法

　　適用做為氣體驅(qū)動(dòng)力噪音的消聲，它可以合理地清除流體內(nèi)部的噪音和抑止傳輸?shù)焦虘B(tài)邊界層的噪音級(jí),。對(duì)質(zhì)量流量高或閥前后左右壓力降高好的地區(qū),，此方法合理而又經(jīng)濟(jì)發(fā)展。應(yīng)用消化吸收型串連消聲器能夠大幅降低噪音,?？墒牵瑥慕?jīng)濟(jì)發(fā)展上考慮到,，一般僅限于衰減系數(shù)到約25分貝,。

　　6、隔音箱法

　　應(yīng)用隔音箱,、房屋和房屋建筑,，把噪音源防護(hù)在里邊，使環(huán)境因素的噪音減少到大家能夠接納的范圍之內(nèi),。

　　7,、串連節(jié)流閥法

　　在調(diào)節(jié)閥門(mén)的工作壓力高好(△P/P1≥0.8)的場(chǎng)所，選用串連節(jié)流閥法,，就是說(shuō)把總體壓力降分散化在調(diào)節(jié)閥門(mén)和閥后的固定不動(dòng)節(jié)流閥元器件上,。如用擴(kuò)散器、多孔結(jié)構(gòu)制人數(shù)板,，它是降低噪音方法中合理的,。以便獲得較佳的擴(kuò)散器高效率,，務(wù)必依據(jù)每一件的安裝狀況設(shè)計(jì)制作擴(kuò)散器(實(shí)體線的樣子、規(guī)格),，使閘閥造成的噪音級(jí)和擴(kuò)散器造成的噪音級(jí)同樣,。

　　8、采用低噪音閥

　　低噪音閥依據(jù)流體根據(jù)閥心,、高壓閘閥的坎坷流路(多孔洞,、多槽道)的逐漸降速，以防止在流路里的隨意一點(diǎn)造成超音速,。有形式多樣,，多種多樣構(gòu)造的低噪音閥(有所為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的)供應(yīng)用時(shí)采用。當(dāng)噪音并不是挺大時(shí),，采用低噪音套筒閥,，可降低噪音10～20分貝，它是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的低噪音閥,。

氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法

　　套筒式調(diào)節(jié)閥是一種特殊的調(diào)節(jié)閥,，典型的結(jié)構(gòu)如所示。其閥體與直通單座式閥體相似,，但閥內(nèi)有1個(gè)圓形套筒,，套筒四周有不同形狀的開(kāi)口，要根據(jù)流通能力大小來(lái)設(shè)計(jì)窗口的數(shù)量,。利用套筒導(dǎo)向,，閥芯可以在套筒中上、下移動(dòng),，并實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié),。由于套筒調(diào)節(jié)閥采用平衡型的閥芯結(jié)構(gòu);因此不平衡力小、穩(wěn)定性好,、不易振蕩,，從而很大程度上改善了原有閥芯容易損壞的現(xiàn)象。

噪聲污染已經(jīng)成為的4大污染源之一,，各國(guó)都投入巨資治理噪聲,，人們對(duì)噪聲控制提出了更高的要求。調(diào)節(jié)閥常常是管路系統(tǒng)中的噪聲源,，當(dāng)壓力降到一定臨界值時(shí),，容易引起氣穴、氣蝕現(xiàn)象,，并伴有流體噪聲和振動(dòng),。調(diào)節(jié)閥流道結(jié)構(gòu)是影響調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵因素;因此，對(duì)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的研究是很有必要的,。

1,、氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法噪聲產(chǎn)生的原因

　　1.1,、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生噪聲

　　調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的機(jī)械噪聲主要來(lái)自閥芯、閥桿和一些可以活動(dòng)的零件,，主要原因是受介質(zhì)壓力波動(dòng)的影響或者介質(zhì)的沖擊,，還有就是由于調(diào)節(jié)套筒外圓和閥體導(dǎo)向裝置之間有較大的間隙。機(jī)械振動(dòng)會(huì)引發(fā)剛性碰撞,，產(chǎn)生的聲音是金屬響聲和敲擊聲,，噪聲幅值的大小由碰撞的能量、振動(dòng)體的質(zhì)量,、阻尼,、剛度等決定，這種振動(dòng)頻率一般<1500Hz,。

　　1.2,、氣體動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲

　　當(dāng)氣體介質(zhì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流孔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣體動(dòng)力噪聲,，多為一種漩渦脫離聲。通過(guò)大量研究表明,，當(dāng)氣體流速比聲音速度低時(shí),，噪聲主要是因?yàn)閺?qiáng)烈的擾流產(chǎn)生的;當(dāng)氣體流速比聲音速度大時(shí)，介質(zhì)就會(huì)產(chǎn)生沖擊波,，此時(shí)噪聲會(huì)急劇增加,。一般情況下，可壓縮介質(zhì)流經(jīng)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲是最嚴(yán)重的,。

　　1.3,、液體動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲

　　當(dāng)液體介質(zhì)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流孔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液體動(dòng)力噪聲,。當(dāng)液體經(jīng)過(guò)節(jié)流口時(shí),，由于節(jié)流口面積的急劇變化，流通面積縮小,，流速升高,，壓力下降，易產(chǎn)生阻塞流,，產(chǎn)生閃蒸和空化,。一般情況下，當(dāng)節(jié)流口前后壓差不大時(shí),，調(diào)節(jié)閥噪聲很小,，可以不考慮噪聲問(wèn)題;但當(dāng)節(jié)流口兩側(cè)壓差過(guò)大時(shí)，就會(huì)有閃蒸現(xiàn)象產(chǎn)生,，從而存在氣,、液兩相流,，兩相介質(zhì)的減速和膨脹作用自然形成了噪聲。開(kāi)始出現(xiàn)空化的點(diǎn)即稱(chēng)為臨界點(diǎn),，此時(shí)調(diào)節(jié)閥的壓差為Δpc(開(kāi)始空化時(shí)調(diào)節(jié)閥壓差),，*達(dá)到空化時(shí)的壓差為ΔpT。

　　流體流動(dòng)噪聲(Δp≤Δpc)：

調(diào)節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　初始空化噪聲(Δpc<Δp<ΔpT)：

調(diào)節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　*空化噪聲(Δp>ΔpT,，且p2>pv)：

調(diào)節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　式中,，LP是介質(zhì)動(dòng)力噪聲的聲壓級(jí)，以調(diào)節(jié)閥下游1m,，并離管道1m處測(cè)量,，單位為dB(A);KV是特定流量下的流量系數(shù);Kc是初始空化系數(shù);FL是液體壓力恢復(fù)系數(shù);H是管道壁厚;Δp是調(diào)節(jié)閥前后壓差;pv是液體飽和蒸汽壓;p1是閥前壓力;p2是閥后壓力?？梢钥闯?，壓差和流速對(duì)噪聲的影響最大。速度越高,，壓差越大,，噪聲也就越大。當(dāng)然,，流量系數(shù),、直徑、壁厚,、溫度等因素都會(huì)對(duì)噪聲產(chǎn)生影響,。

2、氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法數(shù)值模擬

　　2.1,、流道建模與網(wǎng)格劃分

　　計(jì)算模型采用圖1所示的套筒式調(diào)節(jié)閥,，通過(guò)三維建模軟件UG建立調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，進(jìn)出口直徑都為80mm,，套筒窗口尺寸按設(shè)計(jì)計(jì)算值,。進(jìn)行仿真分析前，要對(duì)流體部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分,，通過(guò)布爾運(yùn)算得到調(diào)節(jié)閥在不同開(kāi)度下的三維流道圖,，并保存成.step格式。通過(guò)ICEM進(jìn)行網(wǎng)格劃分,，計(jì)算網(wǎng)格數(shù)為30萬(wàn)個(gè),。

　　2.2、Fluent采用的設(shè)置

　　將.msh文件導(dǎo)入Fluent,，設(shè)置后進(jìn)行計(jì)算,。本算例湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的K-ε模型，離散方程的求解方法采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上的SIMPLE算法，速度壓力場(chǎng)采用隱式的全場(chǎng)迭代解法,，邊界條件規(guī)定進(jìn)口總壓力與出口壓力,。設(shè)定好上述求解控制方程后，即可求得不同開(kāi)度的閥芯模型,。

　　2.3,、仿真結(jié)果分析

　　仿真結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，流體經(jīng)過(guò)節(jié)流口A時(shí)，流速突然增大,，壓力迅速降低,，在節(jié)流口附近出現(xiàn)了很低的負(fù)壓，當(dāng)壓力降到一定程度時(shí),，隨之而來(lái)的是閃蒸,、空化現(xiàn)象。這一現(xiàn)象從圖3所示的調(diào)節(jié)閥某一開(kāi)度下的速度云圖也可以得到驗(yàn)證,。因此,，要改進(jìn)結(jié)構(gòu)，盡量提高負(fù)壓值,，減小負(fù)壓區(qū)域,，才能夠降低噪聲。閥芯拐角處出現(xiàn)了大的壓力降,，此處產(chǎn)生漩渦區(qū)并造成能量損失，減小能量利用率,。

3,、氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法噪聲降低的方法

　　要從根本上消除調(diào)節(jié)閥的噪聲，就應(yīng)該從聲源來(lái)進(jìn)行處理,，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)新穎的低噪聲閥芯,，在產(chǎn)生噪聲的地方，把流速和壓差降下來(lái),。通常采用如下2種方法,。

　　1)設(shè)計(jì)迂回通路。在閥芯節(jié)流處設(shè)計(jì)隔開(kāi)的,、細(xì)小的迂回通路,，這種流路由于介質(zhì)和邊界層的湍流切應(yīng)力作用，形成黏性應(yīng)力,，使壓力降的百分?jǐn)?shù)比,。

　　2)采用階梯式閥芯結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)多級(jí)階梯式閥芯結(jié)構(gòu)，當(dāng)介質(zhì)流過(guò)特殊的閥芯和閥座,，使介質(zhì)密度變化,，壓力降低，減緩了介質(zhì)流速,。這種方法尤其適用于液體易于產(chǎn)生空化的場(chǎng)合,。

4、氣動(dòng)套筒調(diào)節(jié)閥噪音解決方法結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)調(diào)節(jié)閥的噪聲預(yù)估計(jì)算公式的分析,，找到了調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生噪聲的原因;同時(shí),，通過(guò)CFD技術(shù)對(duì)調(diào)節(jié)閥內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行可視化仿真模擬，找到了噪聲源,，并認(rèn)為介質(zhì)在經(jīng)過(guò)節(jié)流口時(shí),，由于流速,、壓降增大,，空化和閃蒸現(xiàn)象極易產(chǎn)生，噪聲會(huì)明顯增加,。本文提供了降低調(diào)節(jié)閥噪聲的2種方法,，為今后設(shè)計(jì)高性能,、低噪聲的調(diào)節(jié)閥提供了有效的思路。