一、振動原因分析
調(diào)節(jié)閥的振動與噪聲根據(jù)其誘發(fā)因素不同,大致可分為機(jī)械振動、氣蝕振動和流體動力學(xué)振動等原因。
機(jī)械振動
機(jī)械振動根據(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥的整體振動,即整個調(diào)節(jié)閥在管道或基座上頻繁顫動,其原因是由于管道或基座劇烈振動,引起整個調(diào)節(jié)閥振動。此外還與頻率有關(guān),即當(dāng)外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時(shí)受迫振動的能量達(dá)到最大值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥閥瓣的振動,其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加,使調(diào)節(jié)閥前后差壓急劇變化,引起整個調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。
氣蝕振動
氣蝕振動大多發(fā)生在液態(tài)介質(zhì)的調(diào)節(jié)閥內(nèi)。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調(diào)節(jié)閥開度越小,其前后的壓差越大,流體加速并產(chǎn)生氣蝕的可能性就越大,與之對應(yīng)的阻塞流壓降也就越小。
流體動力學(xué)振動
介質(zhì)在閥內(nèi)的節(jié)流過程也是其受摩擦、受阻力和擾動的過程。湍流體通過不良繞流體的調(diào)節(jié)閥時(shí)形成旋渦,旋渦會隨著流體的繼續(xù)流動的尾流而脫落。這種旋渦脫落頻率的形成及影響因素十分復(fù)雜,并有很大的隨機(jī)性,定量計(jì)算十分困難,而客觀卻存在一個主導(dǎo)脫落頻率。當(dāng)這一主導(dǎo)脫落頻率(亦包括高次諧波)在與調(diào)節(jié)閥及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)頻率接近或一致時(shí),發(fā)生了共振,調(diào)節(jié)閥就產(chǎn)生了振動,并伴隨著噪聲。振動的強(qiáng)弱隨主導(dǎo)脫落頻率的強(qiáng)弱和高次諧波波動方向一致性的程度而定。
二、解決方案
從調(diào)節(jié)閥的使用和理論分析可以證明,誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動和噪聲的因素有很多,這些因素又相互影響,很多都是同時(shí)發(fā)生的,這就使調(diào)節(jié)閥的減震降噪更加困難,需要結(jié)合閥門材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和流體動力學(xué)等方面綜合考慮。
1)增加剛度法
對振蕩和輕微振動,可增大剛度來消除或減弱,如選用大剛度的彈簧,改用活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)等辦法都是可行的。
2)增加阻尼法
增加阻尼即增加對振動的摩擦,如套筒閥的閥塞可采用“O”形圈密封,采用具有較大摩擦力的石墨填料等,這對消除或減弱輕微的振動還是有一定作用的。
3)增大導(dǎo)向尺寸,減小配合間隙法
軸塞形閥一般導(dǎo)向尺寸都較小,所有閥配合間隙一般都較大,有0.4~lmm,這對產(chǎn)生機(jī)械振動是有幫助。因此,在發(fā)生輕微的機(jī)械振動時(shí),可通過增大導(dǎo)向尺寸,減小配合間隙來削弱振動。
4)改變節(jié)流件形狀,消除共振法
因調(diào)節(jié)閥的所謂振源發(fā)生在高速流動、壓力急劇變化的節(jié)流口,改變節(jié)流件的形狀即可改變振源頻率,在共振不強(qiáng)烈時(shí)比較容易解決。具體辦法是將在振動開度范圍內(nèi)閥芯曲面車削0.5~1.0mm。如某廠家屬區(qū)附近安裝了一臺自力式壓力調(diào)節(jié)閥,因共振產(chǎn)生嘯叫影響職工休息,我們將閥芯曲面車掉0.5mm后,共振嘯叫聲消失。
5)更換節(jié)流件消除共振法
①更換流量特性,對數(shù)改線性,線性改對數(shù);
②更換閥芯形式。
如將軸塞形改為“V”形槽閥芯,將雙座閥軸塞型改成套筒型;將開窗口的套筒改為打小孔的套筒等。
如某氮肥廠一臺DN25雙座閥,閥桿與閥芯連接處經(jīng)常振斷,我們確認(rèn)為共振后,將直線特性閥芯改為對數(shù)性閥芯,問題得到解決。又如某航空學(xué)院實(shí)驗(yàn)室用一臺DN200套筒閥,閥塞產(chǎn)生強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)無法投用,將開窗口的套筒改為打小孔的套筒后,旋轉(zhuǎn)立即消失。
6)更換調(diào)節(jié)閥類型以消除共振
不同結(jié)構(gòu)形式的調(diào)節(jié)閥,其固有頻率自然不同,更換調(diào)節(jié)閥類型是從根本上消除共振的最有效的方法。一臺閥在使用中共振十分厲害———強(qiáng)烈地振動(嚴(yán)重時(shí)可將閥破壞),強(qiáng)烈地旋轉(zhuǎn)(甚至閥桿被振斷、扭斷),而且產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪音(高達(dá)100多分貝)的閥,只要把它更換成一臺結(jié)構(gòu)差異較大的閥,立刻見效,強(qiáng)烈共振奇跡般地消失。如某維尼綸廠新擴(kuò)建工程選用一臺DN200套筒閥,上述三種現(xiàn)象都存在,DN300的管道隨之跳動,閥塞旋轉(zhuǎn),噪音100多分貝,共振開度20~70%,考慮共振開度大,改用一臺雙座閥后,共振消失,投運(yùn)正常。
7)減小汽蝕振動法
對因空化汽泡破裂而產(chǎn)生的汽蝕振動,自然應(yīng)在減小空化上想辦法。①讓氣泡破裂產(chǎn)生的沖擊能量不作用在固體表面上,特別是閥芯上,而是讓液體吸收。套筒閥就具有這個特點(diǎn),因此可以將軸塞型閥芯改成套筒型。②采取減小空化的一切辦法,如增加節(jié)流阻力,增大縮流口壓力,分級或串聯(lián)減壓等。
8)避開振源波擊法
外來振源波擊引起閥振動,這顯然是調(diào)節(jié)閥正常工作時(shí)所應(yīng)避開的,如果產(chǎn)生這種振動,應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的措施。
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