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氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法

以套筒式調節(jié)閥為研究對象，通過流體動力學知識和噪聲理論對其內部流場進行分析，得到套筒式調節(jié)閥產生振動的原因，并找出了調節(jié)閥內流道中產生氣穴現(xiàn)象的位置。通過CFD數(shù)值模擬，計算出在某一開度下調節(jié)閥的速度矢量圖，并與理論分析的氣穴現(xiàn)象進行對比分析。該理論分析和CFD技術的采用，使得低噪聲、高性能的套筒式調節(jié)閥的設計周期更短，成本更低，效果更好。

　　調節(jié)閥是由執(zhí)行機構和閥門部件2部分組成。執(zhí)行機構是調節(jié)閥的驅動裝置，它按信號壓力的大小產生相應的推力，使推桿產生相應的位移，從而帶動閥芯動作;閥門部件是調節(jié)閥的調節(jié)部分，直接與介質接觸，通過執(zhí)行機構推桿的位移，改變調節(jié)閥的節(jié)流面積，達到調節(jié)的目的，同時它也是噪聲的主要發(fā)生源。

　　當流體流過調節(jié)閥門，如前后左右壓力差過大就會造成對于閥心、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，務必再次挑選商品流通工作能力值適合的調節(jié)閥門，以擺脫調節(jié)閥門工作中在小開啟度而造成的噪音，下邊詳細介紹幾類清除噪音的方式。

氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法

1、清除共震噪音法

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

　　2、清除氣蝕噪音法

　　氣蝕是關鍵的流體驅動力噪音源?？瘴g時，氣泡裂開造成髙速沖擊性，使其部分造成明顯湍流，造成氣蝕噪音。這類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似。清除和減少氣蝕是清除和減少噪音的合理方法。

3、應用薄壁管道法

　　選用厚壁管是聲路解決方法之一。應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。同一管經壁越厚，同一壁厚管經越大，降低噪音實際效果越高。如DN200管路，其壁厚各自為6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm時，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噪音源和閥后管道。務必強調，因噪音會經過流體游動而遠距離散播，故隔音材料包到哪兒，選用厚壁管至哪兒，清除噪音的實效性就停止到哪兒。這類方法適用噪音不很高、管道不很長的狀況，由于它是一種較燒錢的方法。

　　5、串連消聲器法此方法

　　適用做為氣體驅動力噪音的消聲，它可以合理地清除流體內部的噪音和抑止傳輸?shù)焦虘B(tài)邊界層的噪音級。對質量流量高或閥前后左右壓力降高好的地區(qū)，此方法合理而又經濟發(fā)展。應用消化吸收型串連消聲器能夠大幅降低噪音?？墒?，從經濟發(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

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

　　7、串連節(jié)流閥法

　　在調節(jié)閥門的工作壓力高好(△P/P1≥0.8)的場所，選用串連節(jié)流閥法，就是說把總體壓力降分散化在調節(jié)閥門和閥后的固定不動節(jié)流閥元器件上。如用擴散器、多孔結構制人數(shù)板，它是降低噪音方法中合理的。以便獲得較佳的擴散器高效率，務必依據(jù)每一件的安裝狀況設計制作擴散器(實體線的樣子、規(guī)格)，使閘閥造成的噪音級和擴散器造成的噪音級同樣。

　　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造成超音速。有形式多樣，多種多樣構造的低噪音閥(有所為控制系統(tǒng)設計的)供應用時采用。當噪音并不是挺大時，采用低噪音套筒閥，可降低噪音10～20分貝，它是經濟發(fā)展的低噪音閥。

氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法

　　套筒式調節(jié)閥是一種特殊的調節(jié)閥，典型的結構如所示。其閥體與直通單座式閥體相似，但閥內有1個圓形套筒，套筒四周有不同形狀的開口，要根據(jù)流通能力大小來設計窗口的數(shù)量。利用套筒導向，閥芯可以在套筒中上、下移動，并實現(xiàn)流量調節(jié)。由于套筒調節(jié)閥采用平衡型的閥芯結構;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。

噪聲污染已經成為的4大污染源之一，各國都投入巨資治理噪聲，人們對噪聲控制提出了更高的要求。調節(jié)閥常常是管路系統(tǒng)中的噪聲源，當壓力降到一定臨界值時，容易引起氣穴、氣蝕現(xiàn)象，并伴有流體噪聲和振動。調節(jié)閥流道結構是影響調節(jié)閥產生噪聲的關鍵因素;因此，對調節(jié)閥結構的研究是很有必要的。

1、氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法噪聲產生的原因

　　1.1、機械振動產生噪聲

　　調節(jié)閥產生的機械噪聲主要來自閥芯、閥桿和一些可以活動的零件，主要原因是受介質壓力波動的影響或者介質的沖擊，還有就是由于調節(jié)套筒外圓和閥體導向裝置之間有較大的間隙。機械振動會引發(fā)剛性碰撞，產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、振動體的質量、阻尼、剛度等決定，這種振動頻率一般<1500Hz。

　　1.2、氣體動力產生的噪聲

　　當氣體介質經過調節(jié)閥的節(jié)流孔時，會產生氣體動力噪聲，多為一種漩渦脫離聲。通過大量研究表明，當氣體流速比聲音速度低時，噪聲主要是因為強烈的擾流產生的;當氣體流速比聲音速度大時，介質就會產生沖擊波，此時噪聲會急劇增加。一般情況下，可壓縮介質流經調節(jié)閥產生的噪聲是最嚴重的。

　　1.3、液體動力產生的噪聲

　　當液體介質經過調節(jié)閥的節(jié)流孔時，會產生液體動力噪聲。當液體經過節(jié)流口時，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，易產生阻塞流，產生閃蒸和空化。一般情況下，當節(jié)流口前后壓差不大時，調節(jié)閥噪聲很小，可以不考慮噪聲問題;但當節(jié)流口兩側壓差過大時，就會有閃蒸現(xiàn)象產生，從而存在氣、液兩相流，兩相介質的減速和膨脹作用自然形成了噪聲。開始出現(xiàn)空化的點即稱為臨界點，此時調節(jié)閥的壓差為Δpc(開始空化時調節(jié)閥壓差)，*達到空化時的壓差為ΔpT。

　　流體流動噪聲(Δp≤Δpc)：

調節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　初始空化噪聲(Δpc<Δp<ΔpT)：

調節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　*空化噪聲(Δp>ΔpT，且p2>pv)：

調節(jié)閥噪聲分析與氣穴研究

　　式中，LP是介質動力噪聲的聲壓級，以調節(jié)閥下游1m，并離管道1m處測量，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是液體壓力恢復系數(shù);H是管道壁厚;Δp是調節(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?？梢钥闯觯瑝翰詈土魉賹υ肼暤挠绊懽畲?。速度越高，壓差越大，噪聲也就越大。當然，流量系數(shù)、直徑、壁厚、溫度等因素都會對噪聲產生影響。

2、氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法數(shù)值模擬

　　2.1、流道建模與網格劃分

　　計算模型采用圖1所示的套筒式調節(jié)閥，通過三維建模軟件UG建立調節(jié)閥簡化結構，進出口直徑都為80mm，套筒窗口尺寸按設計計算值。進行仿真分析前，要對流體部分進行網格劃分，通過布爾運算得到調節(jié)閥在不同開度下的三維流道圖，并保存成.step格式。通過ICEM進行網格劃分，計算網格數(shù)為30萬個。

　　2.2、Fluent采用的設置

　　將.msh文件導入Fluent，設置后進行計算。本算例湍流模型采用標準的K-ε模型，離散方程的求解方法采用非結構網格上的SIMPLE算法，速度壓力場采用隱式的全場迭代解法，邊界條件規(guī)定進口總壓力與出口壓力。設定好上述求解控制方程后，即可求得不同開度的閥芯模型。

　　2.3、仿真結果分析

　　仿真結果如圖2所示?？梢钥闯觯黧w經過節(jié)流口A時，流速突然增大，壓力迅速降低，在節(jié)流口附近出現(xiàn)了很低的負壓，當壓力降到一定程度時，隨之而來的是閃蒸、空化現(xiàn)象。這一現(xiàn)象從圖3所示的調節(jié)閥某一開度下的速度云圖也可以得到驗證。因此，要改進結構，盡量提高負壓值，減小負壓區(qū)域，才能夠降低噪聲。閥芯拐角處出現(xiàn)了大的壓力降，此處產生漩渦區(qū)并造成能量損失，減小能量利用率。

3、氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法噪聲降低的方法

　　要從根本上消除調節(jié)閥的噪聲，就應該從聲源來進行處理，設計機構新穎的低噪聲閥芯，在產生噪聲的地方，把流速和壓差降下來。通常采用如下2種方法。

　　1)設計迂回通路。在閥芯節(jié)流處設計隔開的、細小的迂回通路，這種流路由于介質和邊界層的湍流切應力作用，形成黏性應力，使壓力降的百分數(shù)比。

　　2)采用階梯式閥芯結構。設計多級階梯式閥芯結構，當介質流過特殊的閥芯和閥座，使介質密度變化，壓力降低，減緩了介質流速。這種方法尤其適用于液體易于產生空化的場合。

4、氣動套筒調節(jié)閥噪音解決方法結語

　　通過調節(jié)閥的噪聲預估計算公式的分析，找到了調節(jié)閥產生噪聲的原因;同時，通過CFD技術對調節(jié)閥內部流場進行可視化仿真模擬，找到了噪聲源，并認為介質在經過節(jié)流口時，由于流速、壓降增大，空化和閃蒸現(xiàn)象極易產生，噪聲會明顯增加。本文提供了降低調節(jié)閥噪聲的2種方法，為今后設計高性能、低噪聲的調節(jié)閥提供了有效的思路。