閥內(nèi)件產(chǎn)生的閥門(mén)嗓音是由于下述原因之一所造成的:
(1)機(jī)械振動(dòng);
(2)固有頻率振動(dòng);
(3)節(jié)流不穩(wěn)定性;
(4)流動(dòng)介質(zhì)——液體的氣蝕或氣體流動(dòng)的空氣動(dòng)力學(xué)影響;
(5)在閥門(mén)關(guān)閉件上的水錘沖擊。
機(jī)械振動(dòng)可以用下述方法降低:
(1)保持緊密的徑向間隙;
(2)采用重型導(dǎo)向來(lái)分散沖擊荷載及減弱振動(dòng);
(3)選用耐熱及減少磨損的材料,防止間隙擴(kuò)大;
(4)在套筒閥的重型閥芯導(dǎo)向上,采用一個(gè)彈性材料的阻尼環(huán),這也可以當(dāng)作壓力平衡式套筒結(jié)構(gòu)的密封。
固有頻率振動(dòng)可以用下列方法消除:
(1)采用整體鑄造的閥芯和零件來(lái)破壞其對(duì)稱(chēng)性,而不采用圓柱形薄壁筒焊在桿上;
(2)把圓柱形薄壁窗口型閥芯更換為柱塞式閥芯,或者反過(guò)來(lái)也是一樣;
(3)改變流向;
(4)改變閥桿直徑;
(5)采用單座閥帶重型閥芯導(dǎo)向(沒(méi)有導(dǎo)向桿),因?yàn)檩^大的閥芯剛性對(duì)振動(dòng)不太敏感。
節(jié)流不穩(wěn)定性是組合件垂直振蕩的運(yùn)動(dòng),包括閥芯、閥桿及活動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部件,單座和雙座無(wú)壓力平衡的閥門(mén)均不穩(wěn)定,當(dāng)其節(jié)流到高壓降低行程時(shí),如在“流體動(dòng)力影響”部分所作的說(shuō)明,由流體碰撞在閥芯上而產(chǎn)生巨大的向上和向下推力,迅速地改變它們的方向和(或)幅值。這種影響可能由帶閥門(mén)定位器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)所放大,其組合的頻率特性可能失去要求的控制作用。于是,引起了在流動(dòng)介質(zhì)中的壓力波動(dòng),產(chǎn)生一個(gè)隆隆的噪聲,頻率大約在30赫左右。振動(dòng)取決于閥芯-閥桿-執(zhí)行機(jī)構(gòu)等可動(dòng)零件的質(zhì)量有關(guān)的質(zhì)量-彈簧比率。閥座、閥芯及閥桿由于振動(dòng)、泄漏或閥桿斷裂而損壞。另外,閥桿填料的磨損率也會(huì)增加了。
節(jié)流不穩(wěn)定性可以通過(guò)下述方法降低:
(1)使用剛性執(zhí)行機(jī)構(gòu)(高的彈簧范圍);
(2)安裝一個(gè)脈沖阻尼器,也有使用“液壓緩沖器”安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿上;
(3)設(shè)計(jì)一個(gè)壓力平衡式套筒以減小不平衡力的由幅值,從而改善了穩(wěn)定性;
(4)維持快速的頻率響應(yīng),用于調(diào)節(jié)器-閥門(mén)定位器-執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合。
流動(dòng)介質(zhì)的噪音包括:
(1)氣蝕噪音,在高壓降下通過(guò)閥座與閥芯的環(huán)形間隙所形成的氣泡破裂后由沖擊而產(chǎn)生的噪音;及
(2)空氣動(dòng)力學(xué)噪音,由于高壓氣體進(jìn)出閥門(mén)的流通口而引起的,是巨大的噪音??諝鈩?dòng)力學(xué)噪音也可能由于壓力恢復(fù),隨之在下游通道中的流速降低而產(chǎn)生的聲音沖擊波。
空氣動(dòng)力學(xué)噪音如圖33、34及35中所說(shuō)明,可以用下述的辦法來(lái)使其降低;
(1)所采用的閥內(nèi)件具有許多小的高速流通口,它在較高的頻率下運(yùn)行,也就是說(shuō),通過(guò)閥體的內(nèi)壁而加速衰減。
(2)所使用的閥內(nèi)件具有銳邊并改變流動(dòng)的形狀,這將減小氣體的流速及旋渦的大小。流線(xiàn)型流動(dòng)具有相反的效果,因?yàn)樗试S聲音的進(jìn)一步等熵膨脹或超聲噴射流,在壓力恢復(fù)的時(shí)候產(chǎn)生更大的沖擊波。
(3)采用軸向套接式閥門(mén),帶可膨脹的彈性材料做成的閥桿和閥芯,而不采用標(biāo)準(zhǔn)的直通閥,因?yàn)檫@種閥門(mén)的閥芯套管具有衰減的作用。
(4)可采用對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)閥內(nèi)件隔音層處理。
水錘噪音及沖擊是由于閥門(mén)的突然關(guān)閉、使運(yùn)動(dòng)的液體停住以及液體和管線(xiàn)中的沖擊波反射而引起的,其強(qiáng)度與密度、速度及流動(dòng)流體的減速的速率成比例地變化。在嚴(yán)重的情況下,法蘭可能松動(dòng),造成臨時(shí)的泄漏或墊片滲漏,管架可能撕裂松動(dòng);或使鑄鐵管破裂。線(xiàn)性和等百分比特性的閥芯在正常的調(diào)節(jié)器關(guān)閉速度下一般不會(huì)發(fā)生問(wèn)題,然而,雙位控制的快速動(dòng)作調(diào)節(jié)器可能會(huì)引起一些麻煩??扉_(kāi)閥芯可能在關(guān)閉之前的最后行程的10-15%需要調(diào)節(jié)特性,特別在高壓降的情況下。高的流速時(shí)。液壓緩沖器安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推桿上,可以設(shè)計(jì)成恰好在切斷之前減慢閥門(mén)的關(guān)閉速度,此外,脈沖阻尼器應(yīng)當(dāng)安裝在管線(xiàn)系統(tǒng)中(將要求協(xié)調(diào)氣體的充氣壓力與系統(tǒng)的特性相匹配)。
(a)在套筒上采用多個(gè)高速的小孔以降低噪音
(b)帶槽的套筒提供多個(gè)孔,以增加頻率及實(shí)現(xiàn)10-15分貝的衰減
(c)多重V型口閥芯,形成口閥芯、形成許多小孔(衰減12分貝),用于氣體壓力調(diào)節(jié),低噪音閥內(nèi)件、流路的急轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生多速度頭損耗,衰減空氣動(dòng)力學(xué)噪音及減少氣蝕。氣體流動(dòng)是徑向地向外,以給出一個(gè)恒速流的膨脹區(qū)。
(d)雙多孔低噪音套筒式閥內(nèi)件、雙重膨脹套筒顯著地降低噪音,同時(shí)提高空氣動(dòng)力學(xué)噪音的頻率,由重型閥體壁使噪音更多地衰減。外層的流通面積比內(nèi)層的大,以便維持膨脹氣體的低流速
低空氣動(dòng)力學(xué)噪音的閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)
低空氣動(dòng)力學(xué)噪音的閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)
圖33 低空氣動(dòng)力學(xué)噪音的閥內(nèi)件結(jié)構(gòu)
圖34 在恒定流速下減小壓力以降低噪音
在(c)中,在每塊閥盤(pán)的交錯(cuò)流路中,流體經(jīng)過(guò)多次直角轉(zhuǎn)彎,使速度頭大量損失掉,這就把基本的速度方程式從V=√2gh改變成V=√2gh/N,式中N表示在每個(gè)流路中一系列轉(zhuǎn)彎的次數(shù)。經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的閥盤(pán),在其表面上蝕刻出多流路通道,按預(yù)定的數(shù)量環(huán)繞著閥芯而層疊。流路的數(shù)量是隨著閥芯行程的增加而打打開(kāi),提供介質(zhì)流動(dòng)。在高壓降中使用時(shí)大大地減少了噪音和磨損。這種結(jié)構(gòu)也同樣適用于防止流體的氣蝕。“V”是一個(gè)選定的平穩(wěn)的出口流速,低于聲速,通常最大為100米/秒。
“h”是通過(guò)閥門(mén)的壓差,“N”決定所需的90°轉(zhuǎn)彎的次數(shù)及整個(gè)閥盤(pán)的直徑。在每塊閥盤(pán)中的孔數(shù)是相同的,固有的流量特性為線(xiàn)性。等百分比,流量特性可以從接連的每塊閥盤(pán)上增加開(kāi)孔的數(shù)量而獲得,當(dāng)閥芯打開(kāi)時(shí),流體從這些孔中流過(guò)。有些結(jié)構(gòu)在閥盤(pán)疊層的上面具有一個(gè)開(kāi)口的套筒,以賦予最小的流動(dòng)阻力,但壓降是隨著閥門(mén)的打開(kāi)而減小,流速大大低于聲速。
圓錐形的閥芯使氣體沿著曲折的途徑膨脹,使流速增加很少,流通面積是逐漸增大,這就大大地降低了噪音。當(dāng)壓降發(fā)生于通過(guò)一系列孔時(shí),帶分子摩擦的絕熱流動(dòng)出現(xiàn)接近于恒定的焓值。閥門(mén)打開(kāi)心后,閥芯平衡部分壓力,但在關(guān)閉時(shí),全部壓降負(fù)荷施加在閥座上。部分平衡作用于關(guān)閉閥門(mén)是為了安全和節(jié)流穩(wěn)定。最大流速約為普通閥門(mén)的四分之一,所以閥內(nèi)件的磨損不嚴(yán)重,盡管顆粒可能沖擊節(jié)流表面。
圖35 特殊的低噪音閥門(mén)結(jié)構(gòu)
兩相(液體和氣體)的“汽團(tuán)狀”流動(dòng)在通過(guò)控制閥時(shí)將產(chǎn)生一些沖擊,但是由于在流體管線(xiàn)中的氣體緩沖作用,通常使它限于較小的沖擊。