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氣動套筒調節閥噪音解決方法

以套筒式調節閥為研究對象，通過流體動力學知識和噪聲理論對其內部流場進行分析，得到套筒式調節閥產生振動的原因，并找出了調節閥內流道中產生氣穴現象的位置。通過CFD數值模擬，計算出在某一開度下調節閥的速度矢量圖，并與理論分析的氣穴現象進行對比分析。該理論分析和CFD技術的采用，使得低噪聲、高性能的套筒式調節閥的設計周期更短，成本更低，效果更好。

　　調節閥是由執行機構和閥門部件2部分組成。執行機構是調節閥的驅動裝置，它按信號壓力的大小產生相應的推力，使推桿產生相應的位移，從而帶動閥芯動作;閥門部件是調節閥的調節部分，直接與介質接觸，通過執行機構推桿的位移，改變調節閥的節流面積，達到調節的目的，同時它也是噪聲的主要發生源。

　　當流體流過調節閥門，如前后左右壓力差過大就會造成對于閥心、高壓閘閥等零部件的汽蝕狀況，使流體造成噪音。商品流通工作能力值選變大，務必再次挑選商品流通工作能力值適合的調節閥門，以擺脫調節閥門工作中在小開啟度而造成的噪音，下邊詳細介紹幾類清除噪音的方式。

氣動套筒調節閥噪音解決方法

1、清除共震噪音法

　　只能調節閥門共震時，才有動能累加而造成100多分貝的明顯噪音。有的主要表現為震動明顯，噪音并不大，有的震動弱，而噪音卻十分大;有的震動和噪音都很大。這類噪音造成一種單聲調的響聲，其頻率一般為3000～7000hz。顯而易見，清除共震，噪音當然隨著消退。

　　2、清除氣蝕噪音法

　　氣蝕是關鍵的流體驅動力噪音源。空蝕時，氣泡裂開造成髙速沖擊性，使其部分造成明顯湍流，造成氣蝕噪音。這類噪音具備較寬的頻率范疇，造成格格聲，與流體中帶有沙石傳出的響聲類似。清除和減少氣蝕是清除和減少噪音的合理方法。

3、應用薄壁管道法

　　選用厚壁管是聲路解決方法之一。應用厚壁可讓噪音提升5分貝，選用厚壁管可讓噪音減少0～20分貝。同一管經壁越厚，同一壁厚管經越大，降低噪音實際效果越高。如DN200管路，其壁厚各自為6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm時，可降低噪音各自為-3.5、-2(即提升)、0、3、6、8、11、13、14.5分貝。或許，壁越厚所努力的成本費越多高。

　　4、選用隔音材料法

　　這都是一種較普遍、合理的聲路解決方法。能用隔音材料包起來噪音源和閥后管道。務必強調，因噪音會經過流體游動而遠距離散播，故隔音材料包到哪兒，選用厚壁管至哪兒，清除噪音的實效性就停止到哪兒。這類方法適用噪音不很高、管道不很長的狀況，由于它是一種較燒錢的方法。

　　5、串連消聲器法此方法

　　適用做為氣體驅動力噪音的消聲，它可以合理地清除流體內部的噪音和抑止傳輸到固態邊界層的噪音級。對質量流量高或閥前后左右壓力降高好的地區，此方法合理而又經濟發展。應用消化吸收型串連消聲器能夠大幅降低噪音。可是，從經濟發展上考慮到，一般僅限于衰減系數到約25分貝。

　　6、隔音箱法

　　應用隔音箱、房屋和房屋建筑，把噪音源防護在里邊，使環境因素的噪音減少到大家能夠接納的范圍之內。

　　7、串連節流閥法

　　在調節閥門的工作壓力高好(△P/P1≥0.8)的場所，選用串連節流閥法，就是說把總體壓力降分散化在調節閥門和閥后的固定不動節流閥元器件上。如用擴散器、多孔結構制人數板，它是降低噪音方法中合理的。以便獲得較佳的擴散器高效率，務必依據每一件的安裝狀況設計制作擴散器(實體線的樣子、規格)，使閘閥造成的噪音級和擴散器造成的噪音級同樣。

　　8、采用低噪音閥

　　低噪音閥依據流體根據閥心、高壓閘閥的坎坷流路(多孔洞、多槽道)的逐漸降速，以防止在流路里的隨意一點造成超音速。有形式多樣，多種多樣構造的低噪音閥(有所為控制系統設計的)供應用時采用。當噪音并不是挺大時，采用低噪音套筒閥，可降低噪音10～20分貝，它是經濟發展的低噪音閥。

氣動套筒調節閥噪音解決方法

　　套筒式調節閥是一種特殊的調節閥，典型的結構如所示。其閥體與直通單座式閥體相似，但閥內有1個圓形套筒，套筒四周有不同形狀的開口，要根據流通能力大小來設計窗口的數量。利用套筒導向，閥芯可以在套筒中上、下移動，并實現流量調節。由于套筒調節閥采用平衡型的閥芯結構;因此不平衡力小、穩定性好、不易振蕩，從而很大程度上改善了原有閥芯容易損壞的現象。

噪聲污染已經成為的4大污染源之一，各國都投入巨資治理噪聲，人們對噪聲控制提出了更高的要求。調節閥常常是管路系統中的噪聲源，當壓力降到一定臨界值時，容易引起氣穴、氣蝕現象，并伴有流體噪聲和振動。調節閥流道結構是影響調節閥產生噪聲的關鍵因素;因此，對調節閥結構的研究是很有必要的。

1、氣動套筒調節閥噪音解決方法噪聲產生的原因

　　1.1、機械振動產生噪聲

　　調節閥產生的機械噪聲主要來自閥芯、閥桿和一些可以活動的零件，主要原因是受介質壓力波動的影響或者介質的沖擊，還有就是由于調節套筒外圓和閥體導向裝置之間有較大的間隙。機械振動會引發剛性碰撞，產生的聲音是金屬響聲和敲擊聲，噪聲幅值的大小由碰撞的能量、振動體的質量、阻尼、剛度等決定，這種振動頻率一般<1500Hz。

　　1.2、氣體動力產生的噪聲

　　當氣體介質經過調節閥的節流孔時，會產生氣體動力噪聲，多為一種漩渦脫離聲。通過大量研究表明，當氣體流速比聲音速度低時，噪聲主要是因為強烈的擾流產生的;當氣體流速比聲音速度大時，介質就會產生沖擊波，此時噪聲會急劇增加。一般情況下，可壓縮介質流經調節閥產生的噪聲是最嚴重的。

　　1.3、液體動力產生的噪聲

　　當液體介質經過調節閥的節流孔時，會產生液體動力噪聲。當液體經過節流口時，由于節流口面積的急劇變化，流通面積縮小，流速升高，壓力下降，易產生阻塞流，產生閃蒸和空化。一般情況下，當節流口前后壓差不大時，調節閥噪聲很小，可以不考慮噪聲問題;但當節流口兩側壓差過大時，就會有閃蒸現象產生，從而存在氣、液兩相流，兩相介質的減速和膨脹作用自然形成了噪聲。開始出現空化的點即稱為臨界點，此時調節閥的壓差為Δpc(開始空化時調節閥壓差)，*達到空化時的壓差為ΔpT。

　　流體流動噪聲(Δp≤Δpc)：

調節閥噪聲分析與氣穴研究

　　初始空化噪聲(Δpc<Δp<ΔpT)：

調節閥噪聲分析與氣穴研究

　　*空化噪聲(Δp>ΔpT，且p2>pv)：

調節閥噪聲分析與氣穴研究

　　式中，LP是介質動力噪聲的聲壓級，以調節閥下游1m，并離管道1m處測量，單位為dB(A);KV是特定流量下的流量系數;Kc是初始空化系數;FL是液體壓力恢復系數;H是管道壁厚;Δp是調節閥前后壓差;pv是液體飽和蒸汽壓;p1是閥前壓力;p2是閥后壓力。可以看出，壓差和流速對噪聲的影響最大。速度越高，壓差越大，噪聲也就越大。當然，流量系數、直徑、壁厚、溫度等因素都會對噪聲產生影響。

2、氣動套筒調節閥噪音解決方法數值模擬

　　2.1、流道建模與網格劃分

　　計算模型采用圖1所示的套筒式調節閥，通過三維建模軟件UG建立調節閥簡化結構，進出口直徑都為80mm，套筒窗口尺寸按設計計算值。進行仿真分析前，要對流體部分進行網格劃分，通過布爾運算得到調節閥在不同開度下的三維流道圖，并保存成.step格式。通過ICEM進行網格劃分，計算網格數為30萬個。

　　2.2、Fluent采用的設置

　　將.msh文件導入Fluent，設置后進行計算。本算例湍流模型采用標準的K-ε模型，離散方程的求解方法采用非結構網格上的SIMPLE算法，速度壓力場采用隱式的全場迭代解法，邊界條件規定進口總壓力與出口壓力。設定好上述求解控制方程后，即可求得不同開度的閥芯模型。

　　2.3、仿真結果分析

　　仿真結果如圖2所示。可以看出，流體經過節流口A時，流速突然增大，壓力迅速降低，在節流口附近出現了很低的負壓，當壓力降到一定程度時，隨之而來的是閃蒸、空化現象。這一現象從圖3所示的調節閥某一開度下的速度云圖也可以得到驗證。因此，要改進結構，盡量提高負壓值，減小負壓區域，才能夠降低噪聲。閥芯拐角處出現了大的壓力降，此處產生漩渦區并造成能量損失，減小能量利用率。

3、氣動套筒調節閥噪音解決方法噪聲降低的方法

　　要從根本上消除調節閥的噪聲，就應該從聲源來進行處理，設計機構新穎的低噪聲閥芯，在產生噪聲的地方，把流速和壓差降下來。通常采用如下2種方法。

　　1)設計迂回通路。在閥芯節流處設計隔開的、細小的迂回通路，這種流路由于介質和邊界層的湍流切應力作用，形成黏性應力，使壓力降的百分數比。

　　2)采用階梯式閥芯結構。設計多級階梯式閥芯結構，當介質流過特殊的閥芯和閥座，使介質密度變化，壓力降低，減緩了介質流速。這種方法尤其適用于液體易于產生空化的場合。

4、氣動套筒調節閥噪音解決方法結語

　　通過調節閥的噪聲預估計算公式的分析，找到了調節閥產生噪聲的原因;同時，通過CFD技術對調節閥內部流場進行可視化仿真模擬，找到了噪聲源，并認為介質在經過節流口時，由于流速、壓降增大，空化和閃蒸現象極易產生，噪聲會明顯增加。本文提供了降低調節閥噪聲的2種方法，為今后設計高性能、低噪聲的調節閥提供了有效的思路。