淺析流量控制閥的降噪問題

在這十年中我公司的自力式流量控制閥進行了兩次重大的改進。從Ⅱ 型產(chǎn)品使用到，第一個5年里，由于老Ⅱ 型體積較大且安裝位置受限制，為適應(yīng)用戶的需求在99年我們對老產(chǎn)品進行了改進。生產(chǎn)出即可保證控制性能又可任意角度安裝，并且體積縮小了40％；到2002年第二個5年里，好多用戶反映安裝使用后噪音比原來增大了，特別是安裝在室外架空管線上。針對這種情況(Condition)我們又組織技術(shù)人員進行專題研究開發(fā)，經(jīng)過近四個月上千次的試驗，我們目前已生產(chǎn)出低噪音、帶鎖閉、便于調(diào)節(jié)的流量控制閥。噪音由原來的65～75dB降到45～55dB，可滿足不同用戶的需求。下面就我們在研制過程中得到的一點體會總結(jié)出來，供同行們參考。

　　一、 噪聲源分析
在供熱系統(tǒng)中離不開泵、管道和閥門(功能：截止、導(dǎo)流、穩(wěn)壓、分流等)，可這些又都是產(chǎn)生噪聲源的設(shè)施。
先說管道，液體流經(jīng)管道時，由于湍流和摩擦激發(fā)的壓強擾動就會產(chǎn)生噪聲，特別是當(dāng)雷諾數(shù)Re>2400時的湍流狀態(tài)，這種含有大量不規(guī)則的微小旋渦的湍流，可以說自身就處于 ;吵 ;的狀態(tài)。尤其流經(jīng)節(jié)流或降壓閥門(功能：截止、導(dǎo)流、穩(wěn)壓、分流等)、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(chǎn)生渦流噪聲，其聲功率級（dB）隨流速的變化關(guān)系可表示為：△Lw=60lg，若管路設(shè)計不當(dāng)還可以產(chǎn)生空化噪聲；再說閥門，帶有節(jié)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(dāng)管道內(nèi)流體流速足夠時，若閥門部分關(guān)閉，則在閥門入口處形成大面積扼流，在扼流區(qū)域液體流速提高而內(nèi)部靜壓降低，當(dāng)流速大于或等于介質(zhì)的臨界速度時，靜壓低于或等于介質(zhì)的蒸發(fā)壓力，則在流體中形成氣泡。氣泡隨液體流動，在閥門扼流區(qū)下游（比喻落后的地位)流速逐漸降低，靜壓升高，氣泡相繼被擠破，引起流體中無規(guī)則的壓力波動，這種特殊的湍化現(xiàn)象稱為空化，由此產(chǎn)生的噪聲叫空化噪聲。在流量(單位:立方米每秒)大、壓力高的管路中，幾乎所有的節(jié)流閥門均能產(chǎn)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(guī)則噪聲能激發(fā)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(chǎn)生類似金屬相撞產(chǎn)生的有調(diào)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。如我們常常使用的截止閥，采用的是低進高出的流向，因此當(dāng)流體流經(jīng)閥腔時，就會在控制閥瓣的下面（即扼流區(qū)內(nèi)）形成低壓高速區(qū)，產(chǎn)生氣泡。通過閥瓣后又形成高壓低速區(qū)，氣泡相繼被擠破產(chǎn)生空化噪音。
根據(jù)以上分析可見管道噪聲、閥門噪聲都與液體流動的狀態(tài)有關(guān)，換句話說即與壓差和流速有關(guān)。昆山空壓機保養(yǎng)由于氣缸內(nèi)壓力的變化，通過進氣閥使空氣經(jīng)過空氣濾清器（消聲器）進入氣缸，在壓縮行程中，由于氣缸容積的縮小，壓縮空氣經(jīng)過排氣閥的作用，經(jīng)排氣管，單向閥（止回閥）進入儲氣罐，當(dāng)排氣壓力達到額定壓力0.7MPa時由壓力開關(guān)控制而自動停機。是氣動系統(tǒng)的核心設(shè)備,機電引氣源裝置中的主體，它是將原動（通常是電動機或柴油機）的機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置。

　　二、流速、壓差所產(chǎn)生的噪聲調(diào)查
下面是我們實地調(diào)查的數(shù)據(jù)。天津堿廠朝陽樓小區(qū)換熱站，供熱面積26.5萬平方米，管線敷設(shè)方式方法：室外架空，該換熱站分四個環(huán)路供出。南區(qū)管徑DN250所供面積13.2萬平方米；北區(qū)管徑DN250所供面積10.8萬平方米；春風(fēng)里管徑DN200，所供面積12000個平方；34＃樓管徑DN150，所供面積8012平方米。住戶反映34＃樓和春風(fēng)里安裝控制閥(Control valve)后噪音較大。2003年3月3日我們到現(xiàn)場進行測試（設(shè)備(shèbèi)超聲波流量計、噪聲計），數(shù)據(jù)如下：
實測室內(nèi)噪聲34＃樓、2、3單元57 dB；春風(fēng)里1＃樓1、3單元58 dB～60 dB，而南區(qū)1＃樓1、3、5單元為45～47 dB。從以上數(shù)據(jù)看，雖然各入戶單元流速都沒超過設(shè)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(chǎn)生空化噪聲。34＃樓的壓差為0.06Mpa,而南區(qū)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(fēng)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(qū)最遠端用戶達1000米左右，同是一個系統(tǒng)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(chǎn)生共振使得噪聲傳遞到室內(nèi)，此種情況在遼河油田曙光作業(yè)區(qū)也有發(fā)生。不單單是架空管線，埋地管線也可以產(chǎn)生空化和湍流摩擦噪聲。如天津北辰區(qū)的一個供熱小區(qū)是直埋管線。安裝流量控制閥后噪聲明顯增加，實測室內(nèi)達65 dB。詢問用戶說以前也有，但沒現(xiàn)在大，將控制閥拆除后，實測室內(nèi)還達58 dB，究其原因也是由于熱網(wǎng)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（指物體在單位時間內(nèi)所做的功的多少）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(qū)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(功能：截止、導(dǎo)流、穩(wěn)壓、分流等)（DN150）進行了調(diào)整，又將單元入戶閥門進行了調(diào)整。再測34＃樓入戶壓差控制在0.03～0.05Mpa之間，再測室內(nèi)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(chǎn)生
前面已經(jīng)提到聲功率級隨流速的變化關(guān)系為△Lw=60lg，而由△P=KVS·G2又可得出V=，因此可見當(dāng)流量系數(shù)（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(diào)整壓差達到控制流量的目的。昆山空壓機保養(yǎng)由電動機直接驅(qū)動壓縮機，使曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動連桿使活塞產(chǎn)生往復(fù)運動，引起氣缸容積變化。昆山空壓機維修冰箱壓縮機、空調(diào)壓縮機、制冷壓縮機、油田用壓縮機、天然氣加氣站用、鑿巖機用、風(fēng)動工具、車輛制動用、門窗啟閉用、紡織機械用、輪胎充氣用、塑料機械用壓縮機、礦用壓縮機、船用壓縮機、醫(yī)用壓縮機、噴砂噴漆用。那么如何既保證壓差又達到降噪的目的，根據(jù)以上實測數(shù)據(jù)及理論分析，我們采用了多級降壓的結(jié)構(gòu)。首先將手動閥瓣改變?yōu)樾毙危沟昧魍ㄐ阅芗纯杀ＷC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(jié)構(gòu)，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(cè)筋板即可導(dǎo)流，又可消除流體中形成的氣泡。為了消除因扼流產(chǎn)生的低壓高速區(qū)，我們開始時在控制閥入口和手動控制處增加了阻尼網(wǎng)降低流速，減少扼流，可經(jīng)過試驗不可行，因為阻尼網(wǎng)雖然耐腐蝕（采用了不銹鋼(不銹耐酸鋼)材料），但由于網(wǎng)眼直徑的限制很容易引起堵塞；我們又將自動閥瓣改變?yōu)槭猃X形，目的是為了減少高速區(qū)內(nèi)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(jié)構(gòu)。我們經(jīng)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(xiàn)在的45～55 dB。
通過這兩次技術(shù)改造使得自力式流量控制閥(Control valve)在使用范圍上又得到了進一步擴大。目前我們的降噪閥已成批生產(chǎn)(Produce)，并已有十多家用戶定貨。一種專利產(chǎn)品一般壽命為30～50年。自力式流量控制閥在我國已問世十多年，已逐漸成為通用產(chǎn)品。如何讓供熱用戶更好地了解使用該產(chǎn)品是我們繼續(xù)工作的方向，我們還將不斷努力，開發(fā)新的產(chǎn)品為熱用戶服務(wù)。