通過(guò)分析調(diào)節(jié)閥噪音的幾種來(lái)源，指出阻塞流引起的閃蒸和氣蝕是產(chǎn)生流體動(dòng)力學(xué)噪音的根源。利用圖形分析了阻塞流引起閃蒸和氣蝕的機(jī)理，詳述閃蒸和氣蝕工況調(diào)節(jié)閥噪音的各種控制方法。

　　噪音是指各種不同頻率和振幅聲波的隨機(jī)組合，單位分貝(dB)。通常要求調(diào)節(jié)閥的噪音低于85dB(即在距離閥門(mén)出口下游1m的管道壁向外1m處測(cè)得的噪音值)。超過(guò)85dB的噪音嚴(yán)重影響交流，并會(huì)對(duì)聽(tīng)力造成損害。

1、調(diào)節(jié)閥的噪音來(lái)源

　　調(diào)節(jié)閥主要有三種噪音來(lái)源：

　　(1)自身振動(dòng)產(chǎn)生的噪音。介質(zhì)流過(guò)調(diào)節(jié)閥會(huì)對(duì)閥芯產(chǎn)生沖刷，使閥芯不穩(wěn)定產(chǎn)生橫向運(yùn)動(dòng)甚至與設(shè)備一起產(chǎn)生共振。由于調(diào)節(jié)閥使用中自身的振動(dòng)是難免的，因此這類(lèi)噪音的產(chǎn)生也不可避免。安裝時(shí)注意盡量將調(diào)節(jié)閥正立安裝于水平管道上減少由于閥芯不穩(wěn)而產(chǎn)生的噪音，通常這類(lèi)噪音值很小，造成影響不大。

　　(2)空氣動(dòng)力學(xué)噪音。介質(zhì)在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的縮流斷面時(shí)，由于縮流斷面的阻擋使流路突然改變而出現(xiàn)紊流，同時(shí)介質(zhì)流速發(fā)生變化，液體的機(jī)械能部分轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生的噪音稱(chēng)為空氣動(dòng)力學(xué)噪音。由于調(diào)節(jié)閥在減壓時(shí)引起液體紊流不可避免，因此空氣動(dòng)力學(xué)噪音不能完全消除。通常這類(lèi)噪音值也很小，造成影響不大。

　　(3)流體動(dòng)力學(xué)噪音。流體在調(diào)節(jié)閥中流速過(guò)快形成阻塞流。阻塞流是指不可壓縮或可壓縮流體在流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)所達(dá)到的最大流量狀態(tài)。在固定的入口條件下，當(dāng)閥前壓力保持一定而逐步降低閥后壓力時(shí)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)最大極限值，再繼續(xù)降低閥后壓力，流量將不再增加，這個(gè)極限流量即為阻塞流。液體阻塞流極易引起閃蒸和氣蝕，同時(shí)伴有強(qiáng)噪音產(chǎn)生，通常這種噪音達(dá)100dB左右，造成影響大。

　　總之，調(diào)節(jié)閥由于自身振動(dòng)及空氣動(dòng)力學(xué)原因產(chǎn)生的噪音都很小，并且不可能完全消除，通常將調(diào)節(jié)閥的噪音控制至85dB以下，主要是針對(duì)流體動(dòng)力學(xué)噪音。由于液體阻塞流極易引起閃蒸及氣蝕，閃蒸和氣蝕會(huì)產(chǎn)生噪音，所以控制噪音就需要想辦法控制阻塞流的閃蒸及氣蝕。

2、液體阻塞流的閃蒸及氣蝕

　　2.1、液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速的關(guān)系

　　液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥是液體勢(shì)能和動(dòng)能之間的轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)在外就是壓力和流速之間的轉(zhuǎn)化，即壓力降低，流速增加;壓力增加，流速降低。此過(guò)程遵循能量守恒定律，即液體總能量保持不變。

　　圖1為液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速間的關(guān)系圖示。圖中P1為閥前液體壓力，P2為閥后液體壓力，V1為閥前液體速度，V2為閥后液體速度，PVC為縮流斷面點(diǎn)處液體壓力。

圖1 液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)壓力和流速間的關(guān)系

　　液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥最大流道縮頸處前由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)壓作用壓力一直降低，流速一直增加。經(jīng)過(guò)最大流道縮頸處后，流速由于慣性不會(huì)馬上降低，會(huì)繼續(xù)升高。流束會(huì)繼續(xù)變細(xì)收縮，流束的最小斷面出現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥實(shí)際縮頸的下游處，此處稱(chēng)為縮流斷面點(diǎn)，壓力為PVC�？s流斷面點(diǎn)處流速最大，壓力最低。經(jīng)過(guò)縮流斷面點(diǎn)后，隨著流束擴(kuò)展進(jìn)入更大區(qū)域，流速降低，壓力逐漸升高。由于調(diào)節(jié)閥的背壓，閥后的壓力不會(huì)恢復(fù)到閥前壓力，閥門(mén)兩側(cè)的壓損ΔP表示液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)消耗的能量ΔP=P1-P2。

　　2.2、阻塞流發(fā)生閃蒸的機(jī)理

　　如果縮流斷面處的壓力PVC降到液體的飽和蒸汽壓力PV以下并且調(diào)節(jié)閥的出口壓力P2沒(méi)有恢復(fù)到液體的飽和蒸汽壓力PV之上(即PVC

圖2 阻塞流發(fā)生閃蒸示意圖

　　對(duì)一固定的液體，在溫度一定的情況下，其飽和蒸汽壓力為一定值。當(dāng)壓力大于其飽和蒸汽壓力時(shí)，液體為液態(tài);當(dāng)壓力低于飽和蒸汽壓力時(shí)，液體為汽態(tài);當(dāng)壓力等于飽和蒸汽壓力時(shí)，液體為汽、液共存兩態(tài)。

　　2.3、阻塞流發(fā)生氣蝕的機(jī)理

　　如果縮流斷面處的壓力PVC降到液體的飽和蒸汽壓力以下并且調(diào)節(jié)閥的出口壓力P2恢復(fù)到高于其液體的飽和蒸汽壓力PV(即PVCPV)，就會(huì)有大量的泡沫產(chǎn)生并爆炸，這種現(xiàn)象為氣蝕。通常氣蝕工況比閃蒸工況產(chǎn)生的噪音更大。阻塞流發(fā)生氣蝕見(jiàn)圖3。

圖3、阻塞流發(fā)生氣蝕示意圖

3、調(diào)節(jié)閥的噪音控制

　　3.1、閃蒸工況調(diào)節(jié)閥的噪音控制

　　阻塞流流經(jīng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生閃蒸時(shí)，下游產(chǎn)生的氣泡會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)閥的閥芯產(chǎn)生沖刷，受沖刷的閥芯表面會(huì)有平滑拋光的外形，此過(guò)程伴有大的噪音產(chǎn)生。

　　從調(diào)節(jié)閥發(fā)生閃蒸的機(jī)理(PVC

　　(1)將閥座及閥芯表面進(jìn)行噴涂處理，可噴涂碳化鎢、碳化鉻或斯泰萊等硬質(zhì)合金來(lái)提高受沖刷部位的硬度。

　　(2)將閥座及閥芯表面進(jìn)行堆焊處理，通常堆焊斯泰萊以提高受沖刷部位的硬度。

　　(3)將閥座及閥芯表面進(jìn)行滲氮處理，提高其表面硬度和耐磨性、耐腐蝕性。

　　通過(guò)對(duì)調(diào)節(jié)閥表面硬化處理可提高調(diào)節(jié)閥硬度，增強(qiáng)調(diào)節(jié)閥抗閃蒸“沖刷”的能力，相應(yīng)的噪音也會(huì)降低5～10dB。為進(jìn)一步降低噪音，可以配合使用的方法有：①提高管道壁厚或在管道壁加隔音層。相同口徑的調(diào)節(jié)閥，其管道壁厚每增加一級(jí)，測(cè)得的噪音值可降低約2dB;②管道外加隔音層實(shí)質(zhì)也是增加管道壁厚減少噪音向環(huán)境傳遞的一種措施;③在調(diào)節(jié)閥后加裝在線消音器，在線消音器可以吸收部分聲音能量，并且在閥后形成背壓，可有效降低噪音值約25dB。

　　3.2、氣蝕工況調(diào)節(jié)閥的噪音控制

　　阻塞流流經(jīng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生氣蝕時(shí)，產(chǎn)生的氣泡在接觸閥門(mén)的部位破裂，氣泡破裂釋放的能量會(huì)慢慢地撕裂材料，并在與調(diào)節(jié)閥接觸的部位留下類(lèi)似于煤渣的粗糙表面。此過(guò)程會(huì)產(chǎn)生如同砂石流過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí)發(fā)出的噪音。

　　氣蝕有兩種方法來(lái)控制：第一種是完全防止氣蝕發(fā)生;第二種是不能防止氣蝕發(fā)生，只是有效降低其危害。

　　3.2.1、完全防止氣蝕發(fā)生

　　有三種方法可以達(dá)到完全防止氣蝕發(fā)生。

　　(1)選用低恢復(fù)的調(diào)節(jié)閥。從氣蝕發(fā)生的機(jī)理(PVCPV)看，如果選用的閥門(mén)PVC>PV，就可以避免氣蝕的發(fā)生。通常低恢復(fù)的調(diào)節(jié)閥可以做到這點(diǎn)。

　　恢復(fù)系數(shù)Km高的閥稱(chēng)為低恢復(fù)閥。恢復(fù)系數(shù)Km低的閥稱(chēng)為高恢復(fù)閥。每種類(lèi)型的閥都有自己的Km值，恢復(fù)系數(shù)Km是用于衡量縮流斷面處壓力PVC和閥門(mén)出口壓力P2之間的壓力恢復(fù)尺度的一個(gè)值，其計(jì)算公式為：

　　由此公式可看出，(P1-P2)不變時(shí)PVC升高，則Km升高，所以合理選用高Km值(即低恢復(fù))的調(diào)節(jié)閥使PVC>PV，可避免氣蝕發(fā)生。同理高恢復(fù)閥，指恢復(fù)系數(shù)Km低的閥，不適合應(yīng)用于氣蝕的工況。

　　通常球形閥，流開(kāi)角形閥都是低恢復(fù)閥，適宜在有氣蝕的工況選用;而球閥、蝶閥都是高恢復(fù)閥，不適宜應(yīng)用于氣蝕工況。

　　(2)采用具有高壓多級(jí)減壓內(nèi)件的調(diào)節(jié)閥。

　　這種調(diào)節(jié)閥內(nèi)件具有將通過(guò)閥門(mén)的壓降分成數(shù)個(gè)較小的壓降和確保每個(gè)較小壓降上PVC>PV的作用，從而可以防止氣蝕的產(chǎn)生。由于多級(jí)減壓分散了流束功率，因此降低了聲音轉(zhuǎn)化的效率。

　　(3)增加具有背壓裝置的限流孔板分壓，確保閥上的PVC>PV，防止氣蝕的產(chǎn)生。由于增加了背壓裝置，使聲音頻譜發(fā)生部分轉(zhuǎn)移，達(dá)到降低噪音的目的。

　　3.2.2、不能防止氣蝕發(fā)生，只是有效降低其危害。

　　(1)將接觸氣蝕氣泡的閥內(nèi)表面與氣泡隔離開(kāi)，并硬化處理會(huì)受到氣蝕沖擊的閥芯及閥座表面，同時(shí)在閥體出口處加襯套管來(lái)保護(hù)受氣蝕沖擊的部位。閥體出口處加襯套管作為補(bǔ)充的閥體設(shè)計(jì)防止了液體在閥體內(nèi)壁上的沖撞，保護(hù)了調(diào)節(jié)閥受沖刷部位，同時(shí)減弱了部分噪音。

　　(2)閥后加消音器來(lái)分壓及分噪音。這種方法實(shí)質(zhì)是將氣蝕工況轉(zhuǎn)化為閃蒸工況來(lái)處理，所以應(yīng)用中需同時(shí)對(duì)閥內(nèi)件做硬化處理以保護(hù)調(diào)節(jié)閥。

4、結(jié)語(yǔ)

　　調(diào)節(jié)閥的嚴(yán)重噪音不僅污染工廠環(huán)境而且會(huì)使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)損壞調(diào)節(jié)閥的閥芯及閥座。而調(diào)節(jié)閥的損壞可能會(huì)引起調(diào)節(jié)回路故障、聯(lián)鎖故障以及裝置產(chǎn)品質(zhì)量不合格等一系列問(wèn)題。因此，有效地控制調(diào)節(jié)閥噪音會(huì)讓我們的生產(chǎn)更安全、環(huán)境更美好。