閥門(mén)振動(dòng)噪聲分析與預(yù)防措施.doc

閥門(mén)振動(dòng)噪聲分析與預(yù)防措施 鄧君 （湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南株洲412000） 摘要：從多個(gè)方面分析了閥門(mén)振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的主要原因，并從設(shè)計(jì)、加工、閥門(mén)選用以及配套設(shè)備布置等方面提出了預(yù)防和減弱閥門(mén)振動(dòng)噪聲的措施。 關(guān)鍵詞：閥門(mén)；振動(dòng)；噪聲；預(yù)防 0引言 閥門(mén)是流體輸送系統(tǒng)中重要的調(diào)節(jié)元件，能夠改變流體流動(dòng)方向和流通面積，具有截止、導(dǎo)流、分流、泄壓等功能，在水利、電力、制造、冶金、石油等行業(yè)應(yīng)用廣泛。隨著科技進(jìn)步，對(duì)閥門(mén)的使用要求也越來(lái)越高，振動(dòng)和噪聲作為閥門(mén)最明顯的問(wèn)題之一，在實(shí)際工作中會(huì)影響閥門(mén)自身以及所連接管路和設(shè)備的使用壽命，甚至直接造成損害而發(fā)生安全事故。并且閥門(mén)噪聲已經(jīng)成為許多工廠主要污染之一，對(duì)工人和附近居民造成了嚴(yán)重影響。 1閥門(mén)振動(dòng)噪聲以及產(chǎn)生原因 聲音是由振動(dòng)而產(chǎn)生，而振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播形式就是聲波，在實(shí)際工況下，閥門(mén)發(fā)出噪聲時(shí)也總是伴隨著劇烈振動(dòng)，因此要綜合閥門(mén)噪聲和振動(dòng)產(chǎn)生的具體原因來(lái)分析。下面從機(jī)械振動(dòng)、流體動(dòng)力學(xué)和水錘影響幾個(gè)方面來(lái)分析。 1.1機(jī)械振動(dòng)原因 閥門(mén)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲具體可以分為閥門(mén)整體振動(dòng)噪聲和閥門(mén)內(nèi)部零件振動(dòng)噪聲。閥門(mén)整體振動(dòng)是由閥體所在流體輸送管道或閥座產(chǎn)生振動(dòng)所引起。閥門(mén)內(nèi)部零件振動(dòng)與其內(nèi)部零件加工、裝配精度以及磨損程度有關(guān)，各零件之間的間隙會(huì)導(dǎo)致零件在流體沖撞時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。特別是當(dāng)外部頻率與閥體自身固有頻率接近或相同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生達(dá)到30007000Hz頻率的劇烈共振。這個(gè)振動(dòng)頻率已經(jīng)可以產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)噪聲，并會(huì)對(duì)閥門(mén)閥體和內(nèi)部零件造成疲勞損害。 1.2流體動(dòng)力學(xué)原因 當(dāng)流體通過(guò)閥門(mén)時(shí)，流道形狀改變會(huì)導(dǎo)致流體流動(dòng)狀況發(fā)生變化，產(chǎn)生湍流和渦流，從而引發(fā)閥體振動(dòng)和噪聲，不過(guò)湍流噪聲一般比較小，對(duì)于液體介質(zhì)甚至可以不做考慮。 在閥芯節(jié)流口處，閥門(mén)內(nèi)部流通面積發(fā)生改變會(huì)導(dǎo)致流體流速與壓力發(fā)生劇烈變化，當(dāng)流體靜壓低于流體介質(zhì)的汽化壓力時(shí)，流體介質(zhì)就會(huì)發(fā)生汽化也就是閃蒸現(xiàn)象。而隨著管路靜壓升高，氣泡發(fā)生破裂，會(huì)產(chǎn)生汽蝕噪聲，汽蝕噪聲在大壓降調(diào)節(jié)閥中普遍存在。 渦流和汽蝕噪聲頻率相對(duì)復(fù)雜而且隨機(jī)性高，噪聲頻譜成寬帶分布，很容易引起閥門(mén)內(nèi)部傳動(dòng)或?qū)蛄慵l(fā)生共振，從而帶動(dòng)整個(gè)閥門(mén)發(fā)生劇烈振動(dòng)。 1.3水錘影響 水錘是指在流體輸送管道中，由于閥門(mén)或水泵突然啟閉，穩(wěn)定流動(dòng)的流體介質(zhì)被快速中斷，流體壓力發(fā)生急劇變化。水壓突然升高會(huì)對(duì)閥門(mén)和管路產(chǎn)生較大沖擊，甚至造成閥門(mén)和管路破裂。而當(dāng)外排管路中放空閥門(mén)突然關(guān)閉時(shí)，閥門(mén)出口側(cè)壓力會(huì)驟然降低甚至形成高度真空，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的空化現(xiàn)象，甚至?xí)构苈钒T塌。 2閥門(mén)振動(dòng)和噪聲的預(yù)防 因?yàn)殚y門(mén)振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，所以為了減少振動(dòng)和噪聲，在閥門(mén)設(shè)計(jì)、加工、選用以及配套設(shè)備布置時(shí)都要進(jìn)行綜合分析。 2.1合理設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)閥門(mén)時(shí)，要分析不同的使用工況和需求，合理設(shè)計(jì)能夠大幅減少閥門(mén)噪聲和振動(dòng)。 （1）合理設(shè)計(jì)高壓差調(diào)節(jié)閥。通常可以把額定壓力PN16MPa的調(diào)節(jié)閥認(rèn)為是高壓差調(diào)節(jié)閥，對(duì)高壓差調(diào)節(jié)閥影響最大的并不是高靜壓，而是調(diào)節(jié)閥前后壓差大，壓差過(guò)大很容易引起流體介質(zhì)對(duì)閥體和閥芯沖蝕和汽蝕。設(shè)計(jì)高壓差調(diào)節(jié)閥時(shí)，要盡量增長(zhǎng)閥內(nèi)以及閥芯節(jié)流區(qū)或者采用多層節(jié)流裝置，例如采用多座式調(diào)節(jié)閥芯、迷宮式減壓閥芯、多級(jí)套筒減壓閥芯。圖1是一種常見(jiàn)的迷宮式調(diào)節(jié)閥閥芯，這種閥芯可以有效控制流經(jīng)閥芯內(nèi)流體流速，起到抑制汽蝕現(xiàn)象發(fā)生的作用，從而明顯減少振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生。 但是在大壓差、高流速的工況中，調(diào)節(jié)閥難以完全消除汽蝕，而閥芯和閥桿又較容易受到汽蝕破壞，從而導(dǎo)致傳動(dòng)和導(dǎo)向間隙變大、閥芯偏心和不平衡等后果，進(jìn)而引發(fā)不必要的振動(dòng)。為了提高抗汽蝕能力，可以為易受汽蝕影響的關(guān)鍵零件選用抗汽蝕能力強(qiáng)的材料。一般情況下，可以選用綜合性能好的不銹鋼，當(dāng)汽蝕特別嚴(yán)重時(shí)，可以選用硬度更高、具有良好抗汽蝕能力的鈷鉻硬質(zhì)合金，但其成本高、加工性較差，所以使用范圍受到限制。由于汽蝕一般都發(fā)生在零件金屬表面，所以可對(duì)易受汽蝕影響的零件表面做表面硬化處理，比如在閥芯和閥桿表面噴鍍或堆焊，可采用材料主要有司特立合金、奧氏體不銹鋼和低碳馬氏體不銹鋼等1。表面處理后，該零件抗汽蝕和沖蝕能力可提高10倍以上。 （2）當(dāng)振動(dòng)和噪聲較小時(shí)，可以提高閥桿、閥芯、傳動(dòng)裝置和定位器彈簧等運(yùn)動(dòng)和定位機(jī)構(gòu)的剛度，運(yùn)動(dòng)、定位結(jié)構(gòu)剛度提高可明顯提高其穩(wěn)定性，從而明顯減少振動(dòng)。 （3）合理設(shè)計(jì)閥門(mén)內(nèi)部壁面曲線弧度及節(jié)流口、進(jìn)出口形狀。閥內(nèi)不合理的引流面形狀會(huì)導(dǎo)致紊流和渦流產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)加重汽蝕影響。在設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免突兀過(guò)渡和非流線造型，良好的引流面可使流體流動(dòng)狀態(tài)保持平穩(wěn)，而且對(duì)節(jié)流件形狀尺寸做較小程度改變就可以有效改變流體流動(dòng)引起的振動(dòng)頻率，在共振不太強(qiáng)烈時(shí)，可起到明顯的抑制作用。 （4）增加閥門(mén)壁厚和流體管路壁厚，可明顯減少閥門(mén)振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生及傳播。在不方便更換閥門(mén)和流體管路時(shí)，可在其表面覆蓋隔音材料，能有效吸收大部分噪音。 2.2提高加工和裝配精度 適當(dāng)提高閥門(mén)內(nèi)部零件的加工精度，降低閥門(mén)內(nèi)壁面粗糙度以及減少閥門(mén)內(nèi)部流道壁面毛刺，可減少因壁面粗糙引起的流阻損失和紊流。提高傳動(dòng)、導(dǎo)向零件裝配精度，減小不必要的配合間隙，避免因零件不同心和不平衡引起的振動(dòng)。 2.3合理選用、布置閥門(mén)及其配套流體輸送管路設(shè)備 閥門(mén)及其配套流體輸送管路設(shè)備選擇不當(dāng)，會(huì)造成閥門(mén)及管路產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐砷y門(mén)和管路損壞而發(fā)生安全事故。 選擇閥門(mén)時(shí)，在工況特殊或有額外要求時(shí)，例如，高溫高壓的工作條件、流體介質(zhì)中含有雜質(zhì)或有腐蝕性、低噪音工作要求等，要綜合各方面因素來(lái)考慮設(shè)計(jì)是否合理。在大壓差、大流速場(chǎng)合下，一般要選擇多級(jí)套筒式調(diào)節(jié)閥或迷宮式調(diào)節(jié)閥來(lái)抑制汽蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。在高溫環(huán)境下，因?yàn)椴牧狭W(xué)性能降低且傳動(dòng)、導(dǎo)向間隙變小，會(huì)加速閥門(mén)磨損從而引起振動(dòng)甚至失效，所以必須要考慮選用合適的高溫調(diào)節(jié)閥2。 在布置流體輸送管路時(shí)，為避免產(chǎn)生水錘而引起閥門(mén)和管路振動(dòng)噪聲，可采取以下措施：（1）水泵出口處的止回閥應(yīng)選擇緩閉止回閥，防止止回閥快速關(guān)閉而產(chǎn)生水錘；（2）在泵和止回閥之間布置自動(dòng)排氣閥，可排出管道內(nèi)空氣，保證開(kāi)啟水泵前管道內(nèi)能充滿水；（3）安裝泄壓保護(hù)閥或水錘消除器，當(dāng)管路中壓力高于設(shè)定保護(hù)值時(shí)，排水口會(huì)自動(dòng)打開(kāi)泄壓；（4）布置輸水管路時(shí)盡量保證管路平緩，盡量避免出現(xiàn)突峰或大角度突變；（5）安裝安全氣壓罐，安全氣壓罐可隨著管路中壓力變化向管道補(bǔ)水或吸收管路中過(guò)高壓力，從而保證供水管路水壓平穩(wěn)；（6）管路設(shè)計(jì)流速不宜過(guò)大，設(shè)計(jì)管徑大小時(shí)要結(jié)合預(yù)防水錘、管路和水泵鋪設(shè)的工程造價(jià)來(lái)綜合考慮。 2.4注意閥門(mén)日常使用和維護(hù) 在日常使用中，正確使用和維護(hù)，使閥門(mén)處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，不僅關(guān)系閥門(mén)及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，還影響閥門(mén)使用壽命及其工作可靠性3。主要應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）開(kāi)、關(guān)閥門(mén)的動(dòng)作應(yīng)緩慢而勻速，適當(dāng)延長(zhǎng)閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間可有效避免汽蝕振動(dòng)和水錘；（2）在開(kāi)啟水泵時(shí)，水泵出口處閥門(mén)不能全開(kāi)，否則會(huì)產(chǎn)生較大的水沖擊；（3）閥體、閥芯、閥座密封面以及閥芯節(jié)流孔都要定期清理，防止因腐蝕和堵塞而導(dǎo)致閥門(mén)工作失效；（4）定期檢查和更換密封盤(pán)根或密封圈，保證閥門(mén)密封良好；（5）傳動(dòng)和導(dǎo)向裝置定期加注潤(rùn)滑油，保證傳動(dòng)裝置可靠穩(wěn)定運(yùn)行。 3結(jié)語(yǔ) 閥門(mén)振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，很難做到完全消除。但可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)和選型、提高加工裝配精度以及正確使用和維護(hù)來(lái)保證閥門(mén)正常穩(wěn)定運(yùn)行，從而有效減少振動(dòng)和噪聲。 參考文獻(xiàn) 1陸培文.實(shí)用閥門(mén)設(shè)計(jì)手冊(cè)M.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，xx. 2宋虎堂.閥門(mén)選用手冊(cè)M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，xx. 3明賜東.調(diào)節(jié)閥應(yīng)用1000問(wèn)M.北京