工业减压阀噪声改进解决办法

【资料简介】

工业减压阀噪声改进解决办法

        山东某热电厂减压机构中的一台气动减压调节阀，出现振动和噪声过大，导致执行机构和阀杆的链接夹块发生偏移，最终导致定位器反馈杆脱离，阀门全开的状况。现场管道入口压力35kg，出口压力15kg，口径DN200，正常流量10T/H，最大30T/H，介质为435℃蒸汽。基于现场状况，对噪声产生原因进行分析，使其在满足压力和流量要求的前提下，对系统进行改造。    

        调节阀由执行机构和调节机构（阀门）两部分组成。调节阀工作过程中普遍存在着噪声，这是调节阀内在的湍流和能量吸收所引发的现象。调节阀运行环境中的主要噪声为机械振动噪声、液体动力噪声和气体动力噪声。现场介质为435℃蒸汽，所以设计时主要考虑机械振动噪声和气体动力噪声[即可。本发明属于阀门技术领域，特别涉及一种低噪声高温蒸汽减压阀。

工业减压阀噪声改进解决办法产生噪音的原因可以分为如下三大类：

1. 减压阀机械振动噪音;

2. 流体动力学噪音;

3.空气动力学噪音。

工业减压阀噪声改进解决办法背景技术：

随着大型煤化工、新能源工程等国家重点工程的建设和发展，各种各样的复杂工况不断出现，例如高温高压、大流量、高减压比等，传统形式的减压阀已不能满足要求，存在安全可靠性差、寿命短、噪声高、振动大、工作效率低等缺点。减压阀结构复杂，流体流经阀芯等节流元件时，压力迅速降低发生超声速流动，极易导致减压阀内气体湍流程度剧烈并产生较大噪声，对操作人员健康和设备的正常运行有严重影响。阀门噪声是工业生产中重要的噪声源。在大型管道阀门附近，其声压级可超过100db。另外，过大的噪声会掩盖阀门等设备在运行不当中发出的危险信号，容易造成事故发生。

现有高温蒸汽阀门在工作过程中出现噪声过大的问题，由于高温蒸汽在阀门和蒸汽输送管道内的流速很大，极易产生的流致噪声，紊乱的高温蒸汽产生的巨大冲击力，致使阀门内部蒸汽输送管道的内壁严重损坏，对整个蒸汽输送管道系统的稳定运行产生极大的威胁，大大缩短了阀门和蒸汽输送管道的使用寿命，而且对环境也会产生很大的危害，长年累月工作在高温蒸汽输送管道旁的工作人员也会受到噪声的侵袭，会对工作人员的身体健康造成一定程度的损伤。因此对高温蒸汽进行整流降噪，使阀门噪声的降低，无论是从经济还是环保的角度，都是很有必要的。

一、工业减压阀噪声改进解决办法机械振动产生的噪音

减压阀的零部件在流体流动时气动调节阀会产生机械振动，机械振动又可分为两种形式：

① 低频振动。这种振动是由介质的射流和脉动造成的，其产生原因在于阀出口处的流速太快，管路布置不合理以及阀活动零件的刚性不足等。

② 高频振动。这种振动在阀的自然频率和介质流动所造成的激励频率一致时，水力控制阀将引起共振，它是减压阀在一定减压范围内产生的，而且一旦条件稍有变化，其噪音变化就很大。这种机械振动噪音与介质流动速度无关，多是由于减压阀自身设计不合理产生。减小机械振动噪声的措施是，合理地设计减压阀衬套和阀杆的间隙、机械加工精度、阀的自然频率以及活动零件的刚性，正确地选用材料等。

二、流体动力学噪音 

流体动力学噪音是由流体通过减压阀的减压口之后的紊流及涡流所产生的，其产生的过程可以分为两个阶段：

① 紊流噪音，即由紊流流体和减压阀或管路内表面相互作用而产生的噪音，其频率和噪音级都比较低，一般并不构成噪音问题。

② 汽蚀噪音，即减压阀在减压过程中，当流体流速达到一定值时，流体(液体)就开始汽化，当液体中的气泡所受到的压力达到一定值时，就会爆炸。气泡在爆炸时，要在局部产生很高的压力和冲击波，自力式调节阀这个冲击瞬间压力可达196 MPa，但是远离爆炸中心的地方，压力急剧衰减。这个冲击波是造成减压阀汽蚀和噪音的一个主要因素。减小机械振动噪声的措施是在设计减压阀时，必须把减压阀的减压值控制在临界值以下，而且，最好是在Δp初始以下,因为减压阀的实际减压值达到Δp初始值时，液体就开始产生汽蚀，而且噪声将急剧增大。自力式控制阀此外，还要注意相对于阀瓣的流体介质的流动方向。

三、空气动力学噪声 

当蒸汽等可压缩性流体通过减压阀内的减压部位时，流体的机械能转换为声能而产生 综上所述，从根本上来说，减压阀产生噪音都跟自身的设计和制造工艺有关。

2 工业减压阀噪声改进解决办法噪声估计

        在把现有的噪声预估方法进行比较分析之后，表明某公司所研究和提供的公式是比较方便的计算方法。（1）

        式中：Lp———介质动力噪声的声压级，以调节阀下游1m并离管道表面1m处测量[dB（A）]

        Kv———特定流量下的流量系数

        FL———液体的压力恢复系数

        p1，p2———入口压力，出口压力，kPa

        D———调节阀下游的管道直径，mm

        η———音响效率

        H———管道壁厚，mm

        Tsh———蒸汽过热温度，℃

        根据p1=35kg=3500kPa，p2=15kg=1500kPa，FL≈0.90，D=200mm，η=9×10-4，Tsh=435℃，H=4.5mm，Kv11.60可计算得，Lp≈123.04dB（A）。该噪声级别较高，必须进行降噪处理。

        调节阀出口流速过高时产生的噪声，根据介质流速的马赫数Ma可以判断其程度。经过计算得Ma≈0.134＜0.33。噪声小，可忽略。

        3工业减压阀噪声改进解决办法 噪声消除措施

        根据现场状况，主要考虑通过管路改造和阀门内部结构改造，来消除振动和噪声。但是现场管路布置在最初上生产线时即已确定，再添加旁路工期较长。于是阀门内部结构改造成为关键。

        结合阀门设计手册，经过改造设计计算，主要对阀芯和套筒结构进行了改进。设计采用阀门内件换成平衡阀芯两层降压降噪套筒结构，便于流速分布均匀，降低阀塞和阀座之间的压差，改善湍流状态，并增大磨损，消耗声能，从而降低噪声。

        在套筒调节阀中，高速介质流经普通套筒阀时，介质从套筒璧四周窗口流入套筒中心，然后汇集流向阀后，在套筒中产生漩涡流、二次流等复杂流动。由于突然的收缩和突然扩大，使流场极不均匀，极易产生强大的噪声。改善流场就能够降低噪声。本文中套筒采用小孔形套筒，这些小孔可使流道分散、摩擦阻力增加、流场分布均匀、不产生大的漩涡流，从而降低噪声。

降压套筒采用两层结构，较低噪音套筒调节阀的一层套筒，可大幅度降低高压差气体或蒸汽所产生的噪声，而且特别适用于高压差的场合。套筒设计主要是小孔的孔数的设计，为了保证阀最大开度时的流通能力，小孔面积按照调节阀的阀座的面积乘上一定的系数（系数在1.2～1.5之间）。由于气体是可压缩性流体，压力降低时体积急剧膨胀，因此进行流道设计时要将套筒窗口流通截面即小孔直径从下到上逐级放大。另外孔的列数取偶数，有利于介质在套筒中间互相冲击而把静压能量消耗掉，降低噪声，避免振动。套筒结构如图所示。

        阀芯结构采用平衡式。平衡阀芯和非平衡阀芯相比，可以减少介质作用在阀塞上的不平衡力。阀芯用固定在两层套筒上的紧定螺钉，配合阀芯上的导向槽，来控制阀芯径向旋转并对轴向运动行程进行限位，具体结构图如图所示。减压阀是一种常见的控制阀，可以将高压气体或液体降低到所需的低压，从而保证管道或设备的安全运行。不同的应用场景需要不同类型的减压阀，本文将为大家介绍几种常见的减压阀型号及其应用场景。

工业减压阀噪声改进解决办法

1. 活塞式减压阀
活塞式减压阀是一种体积较大、结构简单的减压阀，适用于对流量和压力要求不高的场合。它主要由活塞、弹簧和调节螺母组成，通过调节调节螺母的位置来改变弹簧的压力，从而实现减压的目的。这种减压阀广泛应用于燃气、液化气、石油和化工等行业。
2. 膜片式减压阀
膜片式减压阀是一种体积小、结构简单的减压阀，适用于对流量和压力要求较高的场合。弹簧和膜片组成，通过调节弹簧的压力来改变膜片的变形程度，从而实现减压的目的。这种减压阀广泛应用于食品、医药、半导体和化学等行业。
3. 比例式减压阀
比例式减压阀是一种能够自动调节压力的减压阀，适用于对流量和压力要求较高、且需要控制的场合。弹簧、比例电磁铁和传感器组成，通过传感器实时监测压力的变化，并通过比例电磁铁控制阀门的开度来自动调节压力。这种减压阀广泛应用于汽车、航空、航天和军工等行业。
4. 降噪减压阀
降噪减压阀是一种能够减少噪声污染的减压阀，适用于对噪声污染要求较高的场合。弹簧、膜片和消声器组成，通过消声器将气体的压力和流量分离，从而减少噪声的产生。这种减压阀广泛应用于市政工程、医院和学校等场所。

        4 工业减压阀噪声改进解决办法实验与结论

        按照GB/T12245-2006减压阀性能试验方法进行试验，出厂试验项目主要包括壳体强度、密封性能和调压性能。经过100-110kg冷水打压实验，阀门开度和流量特性曲线满足等百分比关系。考虑到阀门在启闭和小流量开度时，高压差全部集中在阀芯和阀座的密封面上，高速流体会对密封面造成严重冲刷，甚至产生空化气蚀。为了保护阀内件不受损坏，延长阀门的使用寿命，特设计5%以下的行程为空行程。总之，不同的应用场景需要不同类型的减压阀。在选择减压阀时，需要根据实际情况综合考虑流量、压力、精度、噪声等因素，才能选择到合适的减压阀型号。