淺析流量控制閥的降噪問題

1、淺析流量控制閥的降噪問題我公司的主導產品自力式流量控制閥，自93年問世到目前已整整十個年頭了，在這十年中供熱界的同行們從不認識到認識，從片面了解到系統(tǒng)應用，使得自力式流量控制閥在供熱方面發(fā)揮了一定的作用。      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93年型產品使用到98年，第一個5年里，由于老型體積較大且安裝位置受限制，為適應用戶的需求在99年我們對老產品進行了改進。生產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

2、。針對這種情況我們又組織技術人員進行專題研究開發(fā)，經(jīng)過近四個月上千次的試驗，我們目前已生產出低噪音、帶鎖閉、便于調節(jié)的流量控制閥。噪音由原來的6575dB降到4555dB，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，可這些又都是產生噪聲源的設施。      先說管道，液體流經(jīng)管道時，由于湍流和摩擦激發(fā)的壓強擾動就會產生噪聲，特別是當雷諾數(shù)

3、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、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生渦流噪聲，其聲功率級(dB)隨流速的變化關系可表示為：Lw=60Lg(V2/V1)，若管路設計不當還可以產生空化噪聲；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。當管道內流體流速足夠時，若閥門部分關閉，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部靜壓降低，當流速大于或等于介質的臨界速度時，靜壓低于或等于介質的蒸發(fā)壓力，則在流體中形成氣泡。氣泡隨液體流動，在閥門

4、扼流區(qū)下游流速逐漸降低，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，由此產生的噪聲叫空化噪聲。在流量大、壓力高的管路中，幾乎所有的節(jié)流閥門均能產生空化噪聲，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，產生類似金屬相撞產生的有調聲音。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。如我們經(jīng)常使用的截止閥，采用的是低進高出的流向，因此當流體流經(jīng)閥腔時，就會在控制閥瓣的下面(即扼流區(qū)內)形成低壓高速區(qū)，產生氣泡。通過

5、閥瓣后又形成高壓低速區(qū)，氣泡相繼被擠破產生空化噪音。      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，換句話說即與壓差和流速有關。      二、流速、壓差所產生的噪聲調查      下面是我們實地調查的數(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，管線敷設方式：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；春風里管徑DN200，所供面積1

6、2000平方米；34#樓管徑DN150，所供面積8012平方米。住戶反映34#樓和春風里安裝控制閥后噪音較大。2003年3月3日我們到現(xiàn)場進行測試(設備超聲波流量計、噪聲計)，數(shù)據(jù)如下：  34#樓(入戶管徑全部為DN50)單元號1234567流速m/s0.770.70.680.620.50.480.53流量m3/h5.695.144.994.603.823.533.61  春風里1#號樓單元號1單元DN803單元DN655單元DN65流速m/s0.720.750.76流量m3/h13.1414.114.3  南區(qū)1#樓入戶管徑全部為DN50單元號1單元2單元3單

7、元4單元5單元流速m/s0.450.510.480.50.47流量m3/h3.293.953.603.823.51      實測室內噪聲34#樓、2、3單元57dB；春風里1#樓1、3單元58dB60dB，而南區(qū)1#樓1、3、5單元為4547dB。從以上數(shù)據(jù)看，雖然各入戶單元流速都沒超過設計要求，但由于相對單體流速太快、壓差較大，造成在控制閥處產生空化噪聲。34#樓的壓差為0.06 MPa，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

8、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生共振使得噪聲傳遞到室內，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3

9、4#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(DN150)進行了調整，又將單元入戶閥門進行了調整。再測34#樓入戶壓差控制在0.030.05 MPa之間，再測室內噪音2單元102已降至35dB，3單元101降至40dB，已滿足需求。單元號1234567流速m/s0.60.50.50.480.480.470.45流量m3/h4.33.533.533.513.503.453.2      三、降噪控制閥的產生       前面已經(jīng)提到聲功率級

10、隨流速的變化關系為Lw=60Lg(V2/V1)，而由P=KVS·G2又可得出V=P/(KVS·R2)，因此可見當流量系數(shù)(KVS)一定，流通截面積(R2)一定時，聲功率級也可表示為Lw=60Lg(P1/P2)，而自力式流量控制閥又是基于調整壓差達到控制流量的目的。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構。首先將手動閥瓣改變?yōu)樾毙危沟昧魍ㄐ阅芗纯杀ＷC壓差又可降低流速，這是第一級；其次將自動閥瓣改為雙弧面，雙閥瓣結構，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筋板即可導流，又可消除流體中形成的氣泡。為了消除因扼流產生的低壓高速區(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構。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6575dB降到現(xiàn)在的4555dB。  &#