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1、摘要：简述了噪声的危害,分析了调节阀的3种噪声形式机械振动噪声、液体动力噪声和气体动力噪声。介绍了产生噪声的因素和噪声预估 技术,及治理噪声的声路处理法和声源处理法。关键词：噪声源；分贝；频率；气蚀；紊流1 概述调节阀工作过程中普遍存在着噪声,这是调节阀内在的紊流和能量吸 收所引发的现象。从近代工业史看,工厂里消除噪声的损害已经是一个主 要的问题。美国职业安全与健康法规（OSHA）对所有企业明确规定了 最大容许的噪声标准。由于噪声给人们正常的生产和生活造成了不良的影 响,因而噪声治理势在必行。2 噪声源分析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。2.1 机械噪声
2、机械噪声主要来自于阀杆的振动。阀门零部件的振动是介质压力在阀 体内任意波动,或是流体冲击易活动和易变形零部件的结果。机械振动最 常见的噪声源就是阀杆相对于导向面的横向运动。这种振动形式所产生的 噪声频率一般小于150 0Hz ,常常被描述成金属响声。在这种情形下,导 致了阀杆以及与之配合的导向面的机械性破坏。另一种机械噪声源是共振。如果振动的频率与结构的固有频率相接近 或相同时,便产生共振。共振引起一个频率在300 07000Hz之间的噪声 共鸣。共振不仅产生很大的机械噪声,而且最终导致振动零部件的疲劳破坏。 在固有频率下容易振动的阀门部件有柱塞式阀瓣、圆筒形薄壁窗口式阀瓣、 柔性金属密封件等
3、等。由阀门零件振动所产生的噪声常常是次要的,甚至是 有益的。因为它能警告人们导致阀门损坏的机械振动的存在,从而通过优 化阀门设计，消除大多数阀门零件由机械振动而产生的噪声。大多数新型调 节阀都采用套筒式导向结构和更小间隙的配合来消除机械振动问题。2.2 液体动力噪声液体动力噪声是由于液体流动过程中所产生的气蚀或称空化现象引 起的,这是一个主要的噪声源。当阀门内部某一点的静压低于或等于液体 的饱和蒸汽压时,在液体内部就会产生气泡。当饱和蒸汽泡流动到压力高 于饱和蒸汽压的下游时,随即爆破。快速破裂产生极强的冲击力,致使阀 门内部或管道壁严重损坏,并且达到较高的噪声级,一般可达到115dBA。 气蚀
4、的破坏性大大缩短了阀门的使用寿命。所以使用专门特殊设计的调节 组件来预防或治理气蚀现象是必要的。2.3 气体动力噪声气体动力噪声是由气体、蒸汽和饱和蒸汽的调节造成紊流现象而产生 的。这种噪声能在2in. (5 0mm)范围内产生高达至少20MPa 的压力降。 气体动力噪声的主要来源是紊流流动时所形成的巨大冲击力。而气体流动 受阻,高速气体的迅速膨胀和突然减速,及流动蒸汽方向的改变等都能造 成紊流现象。气体动力噪声是调节阀最主要的噪声问题,其频率一般为 10008000 Hz。由于大部分的能量能够转变成不损害阀门的气体动力噪声。 在过去趋向于仅将阀门工作时的噪声之外的噪声当作有害的,所以未引起
5、人们足够的重视。今天随着对环境问题包括噪声问题的重视,对特定环境 的阀门所允许发出的噪声级做了规定。噪声的治理是一个环境治理问题。 而且OSHA法规已经根据调节阀噪声对环境的影响规定了最高噪声限值。研究表明当噪声级超过所规定的限值,大约达到1 lOdBA时能导致调节阀 零件以及与之相连管道的机械性破坏。3 噪声的预估快速有效地噪声预估技术常常应用于阀门的设计过程中。噪声衰减设 备和技术非常有利于噪声级的减小。预估技术考虑了调节阀产生噪声的有 关流动参数。如压差、流动系数、阀门几何形状、相邻管道尺寸和下游压 力等。基本的预估技术是将每一个噪声级累加得到总的噪声级。即S = SAP+AScg+ A
6、SAP/ Pl+ASk+ ASP2式中 S与阀门相关的特定点处（调节阀安装位置下游1m处）的总噪声,dBASAP 在声压级基础上而确定的一种压差函数,dBAAScg 流动系数所产生的噪声累加值,dBAASAP/ P1 受压差变化率影响的噪声修正数,dBAAS k 受管道尺寸等影响的噪声修正数,dBAAS P2 受下游压力P2影响的噪声修正数,dBA阀门压差是噪声产生所需能量的主要来源（图1）。而在节流件总流通 面积相同的情况下,节流孔的数量和形状对噪声级影响很大（图2）。因为 液体通过节流孔的流速与节流孔面积成比例关系,节流孔所产生的噪声能 量与节流面积的平方成比例。如果单孔节流件产生90dB
7、A的噪声,那么 与其有着相同流通面积的双孔节流件的每一小孔将产生84dBA的噪声。 所以单孔节流件产生的噪声往往高于双孔节流件。另外,阀门的种类,调 节件的形式和流动方向也都严重影响着由压差变化率所产生的噪声。但是, 管道尺寸等因素所产生的噪声能够被吸收掉,所以不能传到环境当中。当提高下游压力P2时,必然得提高管道壁的强度即增加厚度,从而减少了 传送到工作环境中的噪声。与总噪声S有关的各项参数必须在预估噪声之前确定出来。尽管这种计算方法似乎很麻烦,但是对于阀门的设计和噪声的预估有着极其重要的 用处。图1调节阀压差与噪声的关系单孔节帝年观乱节捷件图2节流件几何形状对噪声的影响4 噪声治理噪声治理
8、技术分为声源处理法和声路处理法2种。4.1 声源处理法声源处理法是通过改变节流孔的形状减低噪声的,例如在套筒上开槽 等。这种开槽套筒具有可互换性,常见于大多数球阀的标准调节件（图3）, 套筒上应用许多狭窄而平行的孔缝设计使湍流最小,并且在阀门膨胀区的 速度分布理想化。当压差4P与入口压力P1的比值即AP/ P1 0165 时,孔缝式套筒便失去了作用。在这种高压差情况 下可以采用扩容器与孔缝式套筒调节件组合法（图4）,将总压差分成2级 调节,能提高流通能力并且改善噪声的性能。扩容器提供了一个固定的限 制区域，增加了阀门后压力而且减小了流速。同时,降低了通过阀门的压 差和压差变化率。扩容器允许开槽
9、套筒式调节件保持在其最有效率的压差 变化率范围之内。如美国FISH ER公司生产的型号为6010和6011扩容 器与开槽式套筒调节件一起使用,能降低噪音约20dBA。图4组合式调节件当压差变化率很大时,可使用诸多小孔节流的调节件（图5）。将总压差分 成一步或更多步减压。介质从下部流入套筒再从套筒侧面上的许多小孔流 出。套筒的性能与这些小孔的孔距和分布有着密切的关系,它们能减少紊 流和涡流现象的产生。在许多涉及高压差的场合，一般都在套筒外再安装一 个低噪声板。低噪声板作为流体从套筒喷射而出的出口 ,更进一步地减少 了紊流现象。这种多孔节流的套筒调节件能降低调节阀的噪声约30dBA。 当最大的下游
10、流速达到或小于013倍的音速时,这种多孔节流方式是最 为行之有效的降噪声方法。对于调节阀在高压差变化率状态下工作时,可以采取将总压差分配在 调节阀和安装在阀门下游的低噪声扩散板之间的方法，能非常有效地降低 噪声。为了最优化扩散板的效力,必须设计一个安装位置,使得阀门和扩散 板产生相同的噪声标准。另一种常引起噪声问题的情形是排放孔。由于高 压差和出口高流速的影响,调节系统通向大气的出口一般都是很嘈杂的。 一般的做法是在出口使用消音器,将总压差分在出口和上游的调节阀之间。 适当大小的出口消音器与阀门组合在一起能降低系统总噪声级约60dBA。图5小孔节流调节件4.2 声路处理法声路处理法就是增加声路
11、阻抗力以减小传播到环境中的声音能量。其 普遍的处理法包括使用厚壁管道、隔音材料和消音器等。 只要增加管壁的 厚度, 就能降低噪声。 例如, 将管道加厚, 管壁号由 40 改为 80 , 能降低 噪声约 4dB。 调节阀附近的噪声级可以通过隔音材料吸收噪声而降低。 隔 音材料能吸收大部分即将传播到空气当中的噪声。 但是, 不能吸收任何通 往下游的噪声。每英寸隔音厚度能减小35dBA的噪声,最大可达12 15dBA。每英寸的覆盖面能减小8lOdBA噪声,最大可达2427dBA。 厚壁管道或外部隔音的声路处理法是一种经济有效的消除局部噪声技术, 但它只对局部噪声减小有效。因为仅仅靠覆盖物的方法并不能
12、减小流动过 程中的噪声。消音器是不同于上述处理方法的另 一种声路处理法, 它确实能吸收一 部分声能。所以,能减小环境和管道的噪声强度。在气体传播系统中, 内嵌 式消音器能有效地消除流动区域的噪声和消散传送到固体边界层的噪声 级。高流速和高压差的阀门出口, 内嵌式消 音器是经常使用的最实际最经 济的噪声治理方法。使用吸收形式的内嵌式消音器能提供几乎任何理想程 度的噪声衰减。但从经济方面考虑, 一般只减小大约 35dB A。液体动力噪声的声源 处理法是直接处理液体, 消除或减少气蚀现象。 气蚀和由此产生的噪声与破坏现象能在工程设计时期对工作条件给以适 当的考虑, 从而得到避免。但是工作条件是固定
13、的, 阀门有 可能不得不在 产生气 蚀的压 力条件 下运 行。这 种情况 下, 可用多 级节流 的声 源处理 法来 治理噪声。声路处理法是处理气体动力噪声的比较经济有效的可供选择的办法, 但一般 不用于 处理液 体动 力噪声 。这是 因为 对于调 节阀零 件和 管道, 气蚀 所造成的物理性破坏要比噪声所产生的破坏更为严重。但是如果能通过特 殊研制 的调节 件来消 除气 蚀及其 造成的 破坏, 那么 声路处 理法 便能更 进一 步地减少气蚀作用所产生的局部噪声。5 结 语噪声是调节阀运行过程中不可避免并普遍存在的问题。它 有着多种多 样的噪声源。随着人们对 环境保护意识的增强, 调节阀的噪声治理已经是 必然趋 势, 本文所提 及的大 多数 噪声治 理技 术已经 广泛应 用于 对工业 环境 中噪声 的预估 和治理 。预 估技术 给阀门 行业 敲响了 警钟, 在设 计阀门 过程 中不得不对噪声问题给予足够的重视。参考文献1 吴国熙调节阀使用与维修M北京：化学工业出版社，1999.2 徐灏等机械设计手册M北京：机械工业出版社，1992.
