化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案

介紹了減壓閥的噪聲允許值的確定方法，分析了減壓閥運行時(shí)產(chǎn)生噪聲的機理，并對大口徑大流量提升套筒式減壓閥提出了有效的降噪措施，取得了令人滿(mǎn)意的效果。閥體，其內具有閥腔，所述閥體上設有分別與所述閥腔連通的介質(zhì)入口通道和介質(zhì)出口通道；降噪籠組件，其包括兩個(gè)以上由內向外依次套設的降噪籠，所述降噪籠的籠壁上設有降噪孔，且位于最內側的降噪籠內形成籠腔；所述降噪籠組件設于所述閥體的閥腔內，所述籠腔與所述介質(zhì)入口通道相對，所述降噪籠的籠壁與所述介質(zhì)出口通道相對，以使介質(zhì)從所述介質(zhì)入口通道進(jìn)入到所述籠腔后，再經(jīng)所述降噪籠組件的降噪孔進(jìn)入到所述介質(zhì)出口通道排出；

減壓閥是通過(guò)啟閉件的節流，將進(jìn)口壓力降至某一個(gè)需要的出口壓力，并能在進(jìn)口壓力及流量變動(dòng)時(shí)，利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門(mén)。流體流經(jīng)減壓閥時(shí)，會(huì )產(chǎn)生壓力損失，即能量損失，這部分損失的能量是造成振動(dòng)和噪聲的根源，減壓閥在工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲是不可避免的現象。若減壓閥的工作噪聲過(guò)高，則不僅會(huì )影響操作者的身體健康，而且還會(huì )威脅到整個(gè)設備系統的安全運行，這種噪聲已被列為公害之一。根據有關(guān)環(huán)保法規，若減壓閥的噪聲經(jīng)測定超過(guò)了標準規定允許值，就必須采取降噪措施。因此，管路系統中減壓閥的降噪問(wèn)題，引起了人們越來(lái)越多的關(guān)注。筆者討論了減壓閥噪聲允許值的確定方法，分析了減壓閥工作時(shí)產(chǎn)生噪聲的機理，提出了有效的降噪措施。實(shí)踐證明，其降噪效果明顯，令人滿(mǎn)意。

1　化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案的允許噪聲等級

在實(shí)踐中，減壓閥噪聲控制的合理范圍一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。參照有關(guān)部門(mén)的環(huán)保標準、勞動(dòng)安全標準以及減壓閥的制造標準，減壓閥的允許噪聲如表1所示。減壓閥的允許噪聲等級

持續時(shí)間/h 允許噪聲/dB

　8 　　　　85

　4 　　　　88

　2 　　　　91

　1 　　　　94

* 允許噪聲最高值不得超過(guò)115 dB

實(shí)際上，在確定減壓閥的噪聲允許值時(shí)，還應該綜合考慮下列各種因素，減壓閥的安裝位置及其工作環(huán)境；噪聲源功率大??；操作者的位置等。例如，當減壓閥運行時(shí)，若操作者并不在其附近，此時(shí)，可以適當放寬減壓閥的允許噪聲等級，這是因為噪聲在空氣中傳播時(shí)，其傳播距離每增加一倍，噪聲聲強將衰減6 dB。但是，在離噪聲源(即減壓閥處)1 m處，最大噪聲聲強不得大于85 dB，否則屬于超標。在采取防止噪聲的措施時(shí)，首先應該確定噪聲的允許值，然后進(jìn)行噪聲預測計算。若計算值超過(guò)允許值，則必須采取降噪措施。

2　化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案的噪聲源及噪聲產(chǎn)生的機理

減壓閥在降壓過(guò)程中，消耗的流體介質(zhì)內能轉化為熱能、機械能以及產(chǎn)生噪音的聲能。要降低噪聲，首先就要把減壓過(guò)程中的能量盡量多地轉化為熱能。

減壓閥的噪聲源大體上可以分為如下3大類(lèi)：

① 減壓閥的零部件由于機械振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲； 

② 流體動(dòng)力學(xué)噪聲；

③ 空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。

2.1　機械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲

減壓閥的零部件在流體流動(dòng)時(shí)的激勵作用下會(huì )產(chǎn)生機械振動(dòng)，機械振動(dòng)可分為兩種形式： 

① 低頻振動(dòng)，其頻率約為50～500 Hz，其聲壓級約為90 dB。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)，其頻率約為1 000～8 000 Hz，其聲壓級在90 dB以上。這種振動(dòng)在閥的自然頻率和介質(zhì)流動(dòng)所造成的激勵頻率一致時(shí)，將引起某種共振，它是減壓閥在一定減壓范圍內產(chǎn)生的，而且一旦條件稍有變化，其噪聲變化就很大。這種機械振動(dòng)噪聲與介質(zhì)流動(dòng)速度無(wú)關(guān)，且這種振動(dòng)噪聲事先無(wú)法預測。

減小機械振動(dòng)噪聲的措施是，改變減壓閥閥腔形狀和減壓面積的形狀，合理地設計襯套和閥桿的間隙、機械加工精度、閥的自然頻率以及活動(dòng)零件的剛性，正確地選用材料等。

2.2　流體動(dòng)力學(xué)噪聲

流體動(dòng)力學(xué)噪聲是由流體通過(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 紊流噪聲，即由紊流流體和減壓閥或管路內表面相互作用而產(chǎn)生的噪聲，其頻率和噪聲級都比較低，一般并不構成噪聲問(wèn)題。

 ② 汽蝕噪聲，即減壓閥在減壓過(guò)程中，當流體流速達到一定值時(shí)，流體(液體)就開(kāi)始汽化，當液體中的氣泡所受到的壓力達到一定值時(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)沖擊壓力可達196 MPa，但是稍離爆炸中心的地方，壓力急劇衰減。這個(gè)沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪聲的一個(gè)主要因素，其噪聲級可以達到100 dB以上。產(chǎn)生汽蝕的壓力差可由式?？梢钥闯?，減壓閥的實(shí)際減壓值達到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。所以，在設計減壓閥時(shí)，必須把減壓閥的減壓值控制在Δp臨界值以下，而且，最好是在Δp初始以下。此外，還要注意相對于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。

2.3　空氣動(dòng)力學(xué)噪聲

當蒸汽等可壓縮性流體通過(guò)減壓閥內的減壓部位時(shí)，流體的機械能轉換為聲能而產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。這種噪聲是一種在減壓閥噪聲中占大多數而且處理起來(lái)最為麻煩的噪聲。該噪聲的頻率約為1 000～8 000 Hz，但它一般沒(méi)有特別陡尖的峰值頻率。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，二是由于流體達到臨界流速引起的激波而產(chǎn)生的?？諝鈩?dòng)力學(xué)噪聲不能*被消除，因為減壓閥在減壓時(shí)引起流體紊流是不可避免的。

3　化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案降低減壓閥噪聲的方法

減壓閥在運行時(shí)要消耗大量的介質(zhì)內能，這些能量一部分通過(guò)摩擦、渦流等轉換為熱能，其余的則引起機械振動(dòng)和碰撞等，從而產(chǎn)生噪聲。也就是說(shuō)，這些被損失的內能應盡可能多地轉換為熱能，這樣才能達到降低噪聲的目的。

從以上分析可以看出，要想降低噪聲，就必須盡量增大R值，從而使減壓時(shí)消耗的內能盡可能多地轉化為熱能而不是機械能和聲能。然而，對大口徑大流量提升式減壓閥來(lái)說(shuō)，其減壓孔的長(cháng)度和粗糙度不可能太大。經(jīng)過(guò)多年探索，筆者運用螺紋孔具有更大阻力并能產(chǎn)生渦流的原理，把減壓孔設計成螺紋孔的形式。一方面，通過(guò)改變流體的流動(dòng)方向并減小介質(zhì)的噴射速度，讓介質(zhì)從閥體內四周經(jīng)過(guò)螺紋孔后在套筒內混合，形成渦流而產(chǎn)生熱能；另一方面，螺紋孔的孔徑大小和兩個(gè)螺紋孔間的距離也是影響降噪效果的兩個(gè)重要因素，螺紋孔的孔徑太大，不僅減壓效果不理想，而且降噪效果差；螺紋孔太小又易被堵塞。

螺紋孔間的距離太大，將在射流束之間產(chǎn)生干擾作用之前產(chǎn)生激波；而螺紋孔間距太小，兩個(gè)相鄰的射流將成為一個(gè)大射流，并在相互干擾作用之后產(chǎn)生激波。所以，必須恰當設計螺紋孔的孔徑和間距。螺紋孔的孔徑在M4～M8之間，兩螺紋孔的間距在0.77～0.80倍的螺紋孔孔徑時(shí)所產(chǎn)生的降噪效果比較理想?，F在，這種結構的減壓閥在國內幾個(gè)大型化工企業(yè)使用的效果非常好。

4　化工蒸汽套筒式減壓閥降噪解決方案結束語(yǔ)

關(guān)于噪聲問(wèn)題，目前已經(jīng)能夠進(jìn)行預測計算，而且能采取有效的防止和降低噪聲的措施。在確定了允許噪聲級之后，可以從各種措施中選擇*而且方法。實(shí)踐表明，對大口徑大流量提升套筒式減壓閥這種特殊減壓的減壓孔，采取用螺紋孔代替光孔的辦法，工藝可行，可以使減壓閥的噪聲控制在允許噪聲之內，降噪效果較為理想，是行之有效的降噪措施。多級降噪籠式調節閥適用于電廠(chǎng)、石化、造紙等行業(yè)中的具有蒸汽、空氣等氣體介質(zhì)的高壓差流體控制場(chǎng)合。

其中的降噪籠組件采用多級節流手段，各級降噪孔錯位分布，設置逐級增大的降噪孔和級間間隙，形成有效的節流與擴容空間，構成介質(zhì)立體的流通路徑，實(shí)現介質(zhì)的逐級降壓、降噪，可適應氣體節流擴散與膨脹，達到在高壓差、高流速工況下減小介質(zhì)在調節閥出口流速的目的，可避免介質(zhì)對閥體及閥芯的直接沖刷，解決調節閥在高壓差工況下容易產(chǎn)生噪音高、振動(dòng)強烈的問(wèn)題，可有效提高調節閥的使用壽命。