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气动套筒调节阀噪音解决方法

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详细介绍

气动套筒调节阀噪音解决方法

以套筒式调节阀为研究对象,通过流体动力学知识和噪声理论对其内部流场进行分析,得到套筒式调节阀产生振动的原因,并找出了调节阀内流道中产生气穴现象的位置。通过CFD数值模拟,计算出在某一开度下调节阀的速度矢量图,并与理论分析的气穴现象进行对比分析。该理论分析和CFD技术的采用,使得低噪声、高性能的套筒式调节阀的设计周期更短,成本更低,效果更好。

  调节阀是由执行机构和阀门部件2部分组成。执行机构是调节阀的驱动装置,它按信号压力的大小产生相应的推力,使推杆产生相应的位移,从而带动阀芯动作;阀门部件是调节阀的调节部分,直接与介质接触,通过执行机构推杆的位移,改变调节阀的节流面积,达到调节的目的,同时它也是噪声的主要发生源。

  当流体流过调节阀门,如前后左右压力差过大就会造成对于阀心、高压闸阀等零部件的汽蚀状况,使流体造成噪音。商品流通工作能力值选变大,务必再次挑选商品流通工作能力值适合的调节阀门,以摆脱调节阀门工作中在小开启度而造成的噪音,下边详细介绍几类清除噪音的方式。

气动套筒调节阀噪音解决方法

1、清除共震噪音法

  只能调节阀门共震时,才有动能累加而造成100多分贝的明显噪音。有的主要表现为震动明显,噪音并不大,有的震动弱,而噪音却十分大;有的震动和噪音都很大。这类噪音造成一种单声调的响声,其頻率一般为3000~7000hz。显而易见,清除共震,噪音当然随着消退。

  2、清除气蚀噪音法

  气蚀是关键的流体驱动力噪音源。空蚀时,气泡裂开造成髙速冲击性,使其部分造成明显湍流,造成气蚀噪音。这类噪音具备较宽的頻率范畴,造成格格声,与流体中带有沙石传出的响声类似。清除和减少气蚀是清除和减少噪音的合理方法。

3、应用薄壁管道法

  选用厚壁管是声路解决方法之一。应用厚壁可让噪音提升5分贝,选用厚壁管可让噪音减少0~20分贝。同一管经壁越厚,同一壁厚管经越大,降低噪音实际效果越高。如DN200管路,其壁厚各自为6.25、6.75、8、10、12.5、15、18、20、21.5mm时,可降低噪音各自为-3.5、-2(即提升)、0、3、6、8、11、13、14.5分贝。或许,壁越厚所努力的成本费越多高。

  4、选用隔音材料法

  这都是一种较普遍、合理的声路解决方法。能用隔音材料包起来噪音源和阀后管道。务必强调,因噪音会经过流体游动而远距离散播,故隔音材料包到哪儿,选用厚壁管至哪儿,清除噪音的实效性就停止到哪儿。这类方法适用噪音不很高、管道不很长的状况,由于它是一种较烧钱的方法。

气动调节阀31.jpg

  5、串连消声器法此方法

  适用做为气体驱动力噪音的消声,它可以合理地清除流体內部的噪音和抑止传输到固态边界层的噪音级。对质量流量高或阀前后左右压力降高好的地区,此方法合理而又经济发展。应用消化吸收型串连消声器能够大幅降低噪音。可是,从经济发展上考虑到,一般仅限于衰减系数到约25分贝。

  6、隔音箱法

  应用隔音箱、房屋和房屋建筑,把噪音源防护在里边,使环境因素的噪音减少到大家能够接纳的范围之内。

  7、串连节流阀法

  在调节阀门的工作压力高好(△P/P1≥0.8)的场所,选用串连节流阀法,就是说把总体压力降分散化在调节阀门和阀后的固定不动节流阀元器件上。如用扩散器、多孔结构制人数板,它是降低噪音方法中合理的。以便获得较佳的扩散器高效率,务必依据每一件的安裝状况设计制作扩散器(实体线的样子、规格),使闸阀造成的噪音级和扩散器造成的噪音级同样。

  8、采用低噪音阀

  低噪音阀依据流体根据阀心、高压闸阀的坎坷流路(多孔洞、多槽道)的逐渐降速,以防止在流路里的随意一点造成超音速。有形式多样,多种多样构造的低噪音阀(有所为控制系统设计的)供应用时采用。当噪音并不是挺大时,采用低噪音套筒阀,可降低噪音10~20分贝,它是经济发展的低噪音阀。

气动套筒调节阀噪音解决方法

  套筒式调节阀是一种特殊的调节阀,典型的结构如所示。其阀体与直通单座式阀体相似,但阀内有1个圆形套筒,套筒四周有不同形状的开口,要根据流通能力大小来设计窗口的数量。利用套筒导向,阀芯可以在套筒中上、下移动,并实现流量调节。由于套筒调节阀采用平衡型的阀芯结构;因此不平衡力小、稳定性好、不易振荡,从而很大程度上改善了原有阀芯容易损坏的现象。

噪声污染已经成为的4大污染源之一,各国都投入巨资治理噪声,人们对噪声控制提出了更高的要求。调节阀常常是管路系统中的噪声源,当压力降到一定临界值时,容易引起气穴、气蚀现象,并伴有流体噪声和振动。调节阀流道结构是影响调节阀产生噪声的关键因素;因此,对调节阀结构的研究是很有必要的。

气动调节阀38.jpg

1、气动套筒调节阀噪音解决方法噪声产生的原因

  1.1、机械振动产生噪声

  调节阀产生的机械噪声主要来自阀芯、阀杆和一些可以活动的零件,主要原因是受介质压力波动的影响或者介质的冲击,还有就是由于调节套筒外圆和阀体导向装置之间有较大的间隙。机械振动会引发刚性碰撞,产生的声音是金属响声和敲击声,噪声幅值的大小由碰撞的能量、振动体的质量、阻尼、刚度等决定,这种振动频率一般<1500Hz。

  1.2、气体动力产生的噪声

  当气体介质经过调节阀的节流孔时,会产生气体动力噪声,多为一种漩涡脱离声。通过大量研究表明,当气体流速比声音速度低时,噪声主要是因为强烈的扰流产生的;当气体流速比声音速度大时,介质就会产生冲击波,此时噪声会急剧增加。一般情况下,可压缩介质流经调节阀产生的噪声是最严重的。

  1.3、液体动力产生的噪声

  当液体介质经过调节阀的节流孔时,会产生液体动力噪声。当液体经过节流口时,由于节流口面积的急剧变化,流通面积缩小,流速升高,压力下降,易产生阻塞流,产生闪蒸和空化。一般情况下,当节流口前后压差不大时,调节阀噪声很小,可以不考虑噪声问题;但当节流口两侧压差过大时,就会有闪蒸现象产生,从而存在气、液两相流,两相介质的减速和膨胀作用自然形成了噪声。开始出现空化的点即称为临界点,此时调节阀的压差为Δpc(开始空化时调节阀压差),完全达到空化时的压差为ΔpT。

  流体流动噪声(Δp≤Δpc):

调节阀噪声分析与气穴研究

  初始空化噪声(Δpc<Δp<ΔpT):

调节阀噪声分析与气穴研究

  完全空化噪声(Δp>ΔpT,且p2>pv):

调节阀噪声分析与气穴研究

  式中,LP是介质动力噪声的声压级,以调节阀下游1m,并离管道1m处测量,单位为dB(A);KV是特定流量下的流量系数;Kc是初始空化系数;FL是液体压力恢复系数;H是管道壁厚;Δp是调节阀前后压差;pv是液体饱和蒸汽压;p1是阀前压力;p2是阀后压力。可以看出,压差和流速对噪声的影响最大。速度越高,压差越大,噪声也就越大。当然,流量系数、直径、壁厚、温度等因素都会对噪声产生影响。

2、气动套筒调节阀噪音解决方法数值模拟

  2.1、流道建模与网格划分

  计算模型采用图1所示的套筒式调节阀,通过三维建模软件UG建立调节阀简化结构,进出口直径都为80mm,套筒窗口尺寸按设计计算值。进行仿真分析前,要对流体部分进行网格划分,通过布尔运算得到调节阀在不同开度下的三维流道图,并保存成.step格式。通过ICEM进行网格划分,计算网格数为30万个。

  2.2、Fluent采用的设置

  将.msh文件导入Fluent,设置后进行计算。本算例湍流模型采用标准的K-ε模型,离散方程的求解方法采用非结构网格上的SIMPLE算法,速度压力场采用隐式的全场迭代解法,边界条件规定进口总压力与出口压力。设定好上述求解控制方程后,即可求得不同开度的阀芯模型。

  2.3、仿真结果分析

  仿真结果如图2所示。可以看出,流体经过节流口A时,流速突然增大,压力迅速降低,在节流口附近出现了很低的负压,当压力降到一定程度时,随之而来的是闪蒸、空化现象。这一现象从图3所示的调节阀某一开度下的速度云图也可以得到验证。因此,要改进结构,尽量提高负压值,减小负压区域,才能够降低噪声。阀芯拐角处出现了大的压力降,此处产生漩涡区并造成能量损失,减小能量利用率。

3、气动套筒调节阀噪音解决方法噪声降低的方法

  要从根本上消除调节阀的噪声,就应该从声源来进行处理,设计机构新颖的低噪声阀芯,在产生噪声的地方,把流速和压差降下来。通常采用如下2种方法。

  1)设计迂回通路。在阀芯节流处设计隔开的、细小的迂回通路,这种流路由于介质和边界层的湍流切应力作用,形成黏性应力,使压力降的百分数比。

  2)采用阶梯式阀芯结构。设计多级阶梯式阀芯结构,当介质流过特殊的阀芯和阀座,使介质密度变化,压力降低,减缓了介质流速。这种方法尤其适用于液体易于产生空化的场合。

4、气动套筒调节阀噪音解决方法结语

  通过调节阀的噪声预估计算公式的分析,找到了调节阀产生噪声的原因;同时,通过CFD技术对调节阀内部流场进行可视化仿真模拟,找到了噪声源,并认为介质在经过节流口时,由于流速、压降增大,空化和闪蒸现象极易产生,噪声会明显增加。本文提供了降低调节阀噪声的2种方法,为今后设计高性能、低噪声的调节阀提供了有效的思路。

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