減壓閥的允許噪聲等級
減壓閥是通過啟閉件的節(jié)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)口壓力及流量變動時(shí)，利用本身介質(zhì)能量保持出口壓力基本不變的閥門。流體流經(jīng)減壓閥時(shí)，會產(chǎn)生壓力損失，即能量損失，這部分損失的能量是造成振動和噪聲的根源，減壓閥在工作時(shí)產(chǎn)生振動和噪聲是不可避免的現(xiàn)象。若減壓閥的工作噪聲過高，則不僅會影響操作者的身體健康，而且還會威脅到整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這種噪聲已被列為公害之一。根據(jù)有關(guān)環(huán)保法規(guī)，若減壓閥的噪聲經(jīng)測定超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許值，就必須采取降噪措施。因此，管路系統(tǒng)中減壓閥的降噪問題，引起了人們越來越多的關(guān)注。討論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(jī)理，提出了有效的降噪措施。實(shí)踐證明，其降噪效果明顯，令人滿意。
 （圖中所示：不銹鋼過濾減壓器）
1、減壓閥的允許噪聲等級
在實(shí)踐中，減壓閥噪聲控制的合理范圍一直是人們關(guān)注的問題。參照有關(guān)部門的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、勞動安全標(biāo)準(zhǔn)以及減壓閥的制造標(biāo)準(zhǔn)，減壓閥的允許噪聲如表1所示［1］。表1 減壓閥的允許噪聲等級
持續(xù)時(shí)間/h 允許噪聲/dB
* 允許噪聲最高值不得超過115 dB
實(shí)際上，在確定減壓閥的噪聲允許值時(shí)，還應(yīng)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；噪聲源功率大小；操作者的位置等。
例如，當(dāng)減壓閥運(yùn)行時(shí)，若操作者并不在其附近，此時(shí)，可以適當(dāng)放寬減壓閥的允許噪聲等級，這是因?yàn)樵肼曉诳諝庵袀鞑r(shí)，其傳播距離每增加一倍，噪聲聲強(qiáng)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(qiáng)不得大于85 dB，否則屬于超標(biāo)。
在采取防止噪聲的措施時(shí)，首先應(yīng)該確定噪聲的允許值，然后進(jìn)行噪聲預(yù)測計(jì)算。若計(jì)算值超過允許值，則必須采取降噪措施。
2、減壓閥的噪聲源及噪聲產(chǎn)生的機(jī)理
減壓閥在降壓過程中，消耗的流體介質(zhì)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能以及產(chǎn)生噪音的聲能。要降低噪聲，首先就要把減壓過程中的能量盡量多地轉(zhuǎn)化為熱能。
減壓閥的噪聲源大體上可以分為如下3大類： ① 減壓閥的零部件由于機(jī)械振動而產(chǎn)生噪聲； ② 流體動力學(xué)噪聲； ③ 空氣動力學(xué)噪聲。
2.1 機(jī)械振動產(chǎn)生的噪聲
減壓閥的零部件在流體流動時(shí)的激勵作用下會產(chǎn)生機(jī)械振動，機(jī)械振動可分為兩種形式： ① 低頻振動，其頻率約為50～500 Hz，其聲壓級約為90 dB。這種振動是由介質(zhì)的射流和脈動造成的，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零件的剛性不足等。② 高頻振動，其頻率約為1 000～8 000 Hz，其聲壓級在90 dB以上。這種振動在閥的自然頻率和介質(zhì)流動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(nèi)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(jī)械振動噪聲與介質(zhì)流動速度無關(guān)，且這種振動噪聲事先無法預(yù)測。
減小機(jī)械振動噪聲的措施是，改變減壓閥閥腔形狀和減壓面積的形狀，合理地設(shè)計(jì)襯套和閥桿的間隙、機(jī)械加工精度、閥的自然頻率以及活動零件的剛性，正確地選用材料等。
2.2 流體動力學(xué)噪聲
流體動力學(xué)噪聲是由流體通過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(nèi)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(gòu)成噪聲問題。 ② 汽蝕噪聲，即減壓閥在減壓過程中，當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時(shí)，流體(液體)就開始汽化，當(dāng)液體中的氣泡所受到的壓力達(dá)到一定值時(shí)，就會爆炸。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(dá)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(dá)到100 dB以上。產(chǎn)生汽蝕的壓力差可由式(1)表示［2］。
Δp初始=kc(p1-pv) (1)
安全汽蝕所需壓力差值由式(2)表示：
Δp臨界=c2r(p1-pv) (2)
式中,p1為閥入口的壓力；pv為液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓力；kc為初始汽蝕系數(shù)；cr為臨界流量系數(shù)。
由式(1)和式(2)可以看出，減壓閥的實(shí)際減壓值達(dá)到Δp初始值時(shí)，液體就開始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。所以，在設(shè)計(jì)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)的流動方向。
2.3 空氣動力學(xué)噪聲
當(dāng)蒸汽等可壓縮性流體通過減壓閥內(nèi)的減壓部位時(shí)，流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生的噪聲稱為空氣動力學(xué)噪聲。這種噪聲是一種在減壓閥噪聲中占大多數(shù)而且處理起來最為麻煩的噪聲。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(dá)到臨界流速引起的激波而產(chǎn)生的。空氣動力學(xué)噪聲不能完全被消除，因?yàn)闇p壓閥在減壓時(shí)引起流體紊流是不可避免的［3］。
3、降低減壓閥噪聲的方法
減壓閥在運(yùn)行時(shí)要消耗大量的介質(zhì)內(nèi)能，這些能量一部分通過摩擦、渦流等轉(zhuǎn)換為熱能，其余的則引起機(jī)械振動和碰撞等，從而產(chǎn)生噪聲。也就是說，這些被損失的內(nèi)能應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換為熱能，這樣才能達(dá)到降低噪聲的目的。
圖1是某種氣動減壓閥的結(jié)構(gòu)原理圖，減壓孔是一細(xì)長的光孔，其阻力按式(3)計(jì)算［4］，即
R=k1×Q (3)
式中，R為阻力值；Q為通過減壓閥的流體流量；k1為阻力系數(shù)，k1與孔的長度、孔口形式和粗糙度等因素有關(guān)，孔越長、粗糙度越大，阻力系數(shù)也越大。
1—ZMB-5氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2—ZPS型傍式手輪機(jī)構(gòu)
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(nèi)能盡可能多地轉(zhuǎn)化為熱能而不是機(jī)械能和聲能。然而，對大口徑大流量提升式減壓閥來說，其減壓孔的長度和粗糙度不可能太大。經(jīng)過多年探索，運(yùn)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(shè)計(jì)成螺紋孔的形式。一方面，通過改變流體的流動方向并減小介質(zhì)的噴射速度，讓介質(zhì)從閥體內(nèi)四周經(jīng)過螺紋孔后在套筒內(nèi)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(dāng)設(shè)計(jì)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。
4、結(jié)束語
關(guān)于噪聲問題，目前已經(jīng)能夠進(jìn)行預(yù)測計(jì)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最有效而且最經(jīng)濟(jì)的方法。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(nèi)，降噪效果較為理想，是行之有效的降噪措施。 |
