调节阀又名控制阀,在工业自动化过程控制领域中,通过接受调节控制单元输出的控制信号,借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。
如果按行程特点,调节阀可分为直行程和角行程;
按其所配执行机构使用的动力,可以分为气动调节阀、电动调节阀、液动调节阀三种;
按其功能和特性分为线性特性,等百分比特性及抛物线特性三种。
调节阀适用于空气、水、蒸汽、各种腐蚀性介质、泥浆、油品等介质。调节阀常用分类:气动调节阀,电动调节阀,液动调节阀,自力式调节阀。
一、噪声分析
01 调节阀的空气动力型噪声
气体动力噪声是气体或蒸汽流过节流孔而产生的。工业上遇到的调节阀的噪声,大多数是气体动力噪声。
气体和蒸汽都是可压缩流体,一般来说,可压缩流体的流速都要高于不可压缩流体的流速。
当气体流速比声音速度低时,噪音是因为强烈的扰流产生的;当气体的速度大于声速时,流体中产生冲击波,所以噪声剧增。把各种噪声加以比较,可压缩流体流经调节阀产生的噪音是最严重的。
图 调节阀结构示意图
02 液体动力噪声
液体动力噪声是由于液体流过调节阀的节流孔而产生的。调节阀结构多种多样,调节阀节流口的结构形式尽管不同,但都对液体产生节流作用。当液体通过节流口时,由于节流口面积的急剧变化,流通面积缩小,流速升高,压力下降,因而容易产生阻塞流,产生闪蒸和空化作用,这些情况都是诱发噪声的原因。
03 漩涡脱离噪声
在各种噪声类型中,有一种旋涡脱离噪声,可压缩流体在流过物体表面时,极容易产生这种噪声。
当流体质点流到一个非流线型的圆柱体的前缘时,流体受阻,压力就从自由流动时的压力升高到另一种压力,这是因为流体动能的转换。流体绕过圆柱体,形成附面层后,继续流动。可压缩流体流经气动调节阀时,在节流截面最小处可能达到或超过声音速度,这就形成冲击波、喷射流、旋涡流等凌乱的流体,这种流体在节流孔的下游转换成热能,同时产生气体动力噪声,沿着下游管道,传送到各处,严重时将因振动过大而破坏管道系统。
二、调节阀噪声治理
01 消除共振噪声法
只有调节阀共振时,才有能量叠加而产生100多分贝的强烈噪音。有的表现为振动强烈,噪音不大,有的振动弱,而噪音却非常大;有的振动和噪音都较大。这种噪音产生一种单音调的声音,其频率一般为3000~7000赫兹,显然,消除共振、噪音自然随之消失。
图 减振垫
02 消除汽蚀噪音法
汽蚀是主要的流体动力噪音源。空化时,汽泡破裂产生高速冲击,使其局部产生强烈湍流,产生汽蚀噪音。
这种噪音具有较宽的频率范围,产生咯咯声,与流体中含有砂石发出的声音相似。消除和减小汽蚀是消除和减小噪音的有效办法。
03 使用厚壁管线法
采用厚壁管是声路处理办法之一。使用薄壁可使噪音增加5分贝,采用厚壁管可使噪音降低0~20分贝。
同一管径壁越厚,同一壁厚管径越大,降低噪音效果越好。如DN200管道,其壁厚分别为6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm时,可降低噪音分别为-3.5、-2(即增加)、0、3、6、8、11、13、14.5分贝。当然,壁越厚所付出的成本就越高。
04 采用声学材料法
这也是一种较常见、最有效的声路处理办法。可用吸音材料包住噪音源和阀后管线。
必须指出,因噪音会经由流体流动而长距离传播,故吸音材料包到哪里,采用厚壁管至哪里,消除噪音的有效性就终止到哪里。这种办法适用于噪音不很高、管线不很长的情况,因为这是一种较费钱的办法。
图 玻璃棉和聚酯纤维棉
05 串联消声器法
本法适用于作为空气动力噪音的消音,它能够有效地消除流体内部的噪音和抑制传送到固体边界层的噪音级。对质量流量高或阀前后压降比高的地方,本法最有效而又经济。使用吸收型串联消音器可以大幅度降低噪音。但是,从经济上考虑,一般限于衰减到约25分贝。
图 调节阀消声器
06 隔声罩法
在设备周围安装隔声罩,将设备噪声控制在隔声罩内,或在调节阀周围安装声屏障,阻碍噪声向外辐射,保护设备周围声环境。
图 调节阀半封闭隔声罩
图 调节阀声屏障
07 串联节流法
在调节阀的压力比高的场合,采用串联节流法,就是把总的压降分散在调节阀和阀后的固定节流元件上。如用扩散器、多孔限流板,这是减少噪音办法中最有效的。
为了得到最佳的扩散器效率,必须根据每件的安装情况来设计扩散器(实体的形状、尺寸),使阀门产生的噪音级和扩散器产生的噪音级相同。
08 选用低噪音阀
低噪音阀根据流体通过调节阀阀芯、调节阀阀座的曲折流路(多孔道、多槽道)的逐步减速,以避免在流路里的任意一点产生超音速。有多种形式,多种结构的低噪音阀(有为专门系统设计的)供使用时选用。当噪音不是很大时,选用低噪音套筒阀,可降低噪音10~20分贝,这是最经济的低噪音阀。
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