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  • 關注 | 淺析流量控制閥的降噪問題

    導語 通過對流體噪音的分析,結合現場使用流量控制閥后噪音的調查,利用流速、壓差及多級降噪的理論生產出低噪音的產品。
     

            一、 噪聲源分析

            在供熱系統中離不開泵、管道和閥門,可這些又都是產生噪聲源的設施。

            先說管道,液體流經管道時,由于湍流和摩擦激發的壓強擾動就會產生噪聲,特別是當雷諾數Re》2400時的湍流狀態,這種含有大量不規則的微小旋渦的湍流,可以說自身就處于“吵”的狀態。尤其流經節流或降壓閥門、截面突變的管道或急驟拐彎的彎頭時,湍流與這些阻礙流體通過的部分相互作用產生渦流噪聲,其聲功率級(dB)隨流速的變化關系可表示為:△Lw=60lg,若管路設計不當還可以產生空化噪聲;再說閥門,帶有節流或限壓作用的閥門,是液體傳輸管道中影響最大的噪聲源。當管道內流體流速足夠時,若閥門部分關閉,則在閥門入口處形成大面積扼流,在扼流區域液體流速提高而內部靜壓降低,當流速大于或等于介質的臨界速度時,靜壓低于或等于介質的蒸發壓力,則在流體中形成氣泡。氣泡隨液體流動,在閥門扼流區下游流速逐漸降低,靜壓升高,氣泡相繼被擠破,引起流體中無規則的壓力波動,這種特殊的湍化現象稱為空化,由此產生的噪聲叫空化噪聲。在流量大、壓力高的管路中,幾乎所有的節流閥門均能產生空化噪聲,這種空化噪聲順流而下可沿管道傳播很遠,這種無規則噪聲能激發閥門或管道中可動部件的固有振動,并通過這些部件作用于其它相鄰部件傳至管道表面,產生類似金屬相撞產生的有調聲音。空化噪聲的聲功率與流速的七次方或八次方成正比,因此為降低閥門噪音可采用多級串接閥門,目的是逐級降低流速。如我們經常使用的截止閥,采用的是低進高出的流向,因此當流體流經閥腔時,就會在控制閥瓣的下面(即扼流區內)形成低壓高速區,產生氣泡。通過閥瓣后又形成高壓低速區,氣泡相繼被擠破產生空化噪音。

            根據以上分析可見管道噪聲、閥門噪聲都與液體流動的狀態有關,換句話說即與壓差和流速有關。

            二、流速、壓差所產生的噪聲調查

            下面是我們實地調查的數據。天津堿廠朝陽樓小區換熱站,供熱面積26.5萬平方米,管線敷設方式:室外架空,該換熱站分四個環路供出。南區管徑DN250所供面積13.2萬平方米;北區管徑DN250所供面積10.8萬平方米;春風里管徑DN200,所供面積12000平方米;34#樓管徑DN150,所供面積8012平方米。住戶反映34#樓和春風里安裝控制閥后噪音較大。2003年3月3日我們到現場進行測試(設備超聲波流量計、噪聲計),數據如下:

            實測室內噪聲34#樓、2、3單元57 dB;春風里1#樓1、3單元58 dB~60 dB,而南區1#樓1、3、5單元為45~47 dB。從以上數據看,雖然各入戶單元流速都沒超過設計要求,但由于相對單體流速太快、壓差較大,造成在控制閥處產生空化噪聲。34#樓的壓差為0.06Mpa,而南區1#樓的壓差為0.02 Mpa,形成局部流速快和壓差大的另一個原因是34#樓和春風里距換熱站的距離較近。最遠端用戶入口距離350米左右,而南北區最遠端用戶達1000米左右,同是一個系統距離相差懸殊,因此造成入戶壓差相差很大,流速相差也大。由于管線又是架空安裝這種空化噪聲與支架又產生共振使得噪聲傳遞到室內,此種情況在遼河油田曙光作業區也有發生。不單單是架空管線,埋地管線也可以產生空化和湍流摩擦噪聲。如天津北辰區的一個供熱小區是直埋管線。安裝流量控制閥后噪聲明顯增加,實測室內達65 dB。詢問用戶說以前也有,但沒現在大,將控制閥拆除后,實測室內還達58 dB,究其原因也是由于熱網平衡不好,個別單體壓差大、流速過快。前面說過空化噪聲和聲功率與流速的七次方或八次方成正比,因此,流速雖然只差一點點,但噪聲卻增加很大。鑒于以上的情況,對朝陽樓小區的34#樓我們采取了逐級降壓或者說逐級降低資用壓頭和流速的辦法。首先將支干線的出口閥門(DN150)進行了調整,又將單元入戶閥門進行了調整。再測34#樓入戶壓差控制在0.03~0.05Mpa之間,再測室內噪音2單元102已降至35 dB,3單元101降至40 dB,已滿足需求。

            三、 降噪控制閥的產生

            前面已經提到聲功率級隨流速的變化關系為△Lw=60lg,而由△P=KVS·G2又可得出V=,因此可見當流量系數(KVS)一定,流通截面積(πR2)一定時,聲功率級也可表示為△Lw=60lg,而自力式流量控制閥又是基于調整壓差達到控制流量的目的。那么如何既保證壓差又達到降噪的目的,根據以上實測數據及理論分析,我們采用了多級降壓的結構。首先將手動閥瓣改變為斜旋塞形,使得流通性能即可保證又可降低流速,這是第一級;其次將自動閥瓣改為雙弧面,雙閥瓣結構,流體流動時先通過上閥瓣上圓弧面,再通過下圓弧面即方便流體通過又可降低流速,這是第二級;然后流體再通過下閥瓣的上圓弧面和下圓弧面這是第三級。同時在自動閥瓣上還帶有側筋板即可導流,又可消除流體中形成的氣泡。為了消除因扼流產生的低壓高速區,我們開始時在控制閥入口和手動控制處增加了阻尼網降低流速,減少扼流,可經過試驗不可行,因為阻尼網雖然耐腐蝕(采用了不銹鋼材料),但由于網眼直徑的限制很容易引起堵塞;我們又將自動閥瓣改變為梳齒形,目的是為了減少高速區內形成的氣泡。但由于梳齒的形狀和強度不利于長期使用,因此也沒有采用。最后還是采取了多級降噪的結構。我們經過近1000多次的試驗不斷改進,使控制閥的噪聲從原來的65~75dB降到現在的45~55 dB。


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