GBT 17213.15-2005 工业过程控制阀 第8-3部分 噪声的考虑 空气动力流流经控制阀产生的噪声预测 方法.pdf
I C S 2 3 . 0 6 0 . 0 1 N1 6 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 G B / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 工业过程控制阀第 8 - 3 部分 噪声的考虑空气动力流流经控制阀 产生的噪声预测方法 I n d u s t r i a l - p r o c e s s c o n t r o l v a l v e s -P a r t 8 - 3 N o i s e c o n s i d e r a t i o n s - C o n t r o l v a l v e s a e r o d y n a mi c n o i s e p r e d i c t i o n me t h o d I E C 6 0 5 3 4 - 8 -- 3 2 0 0 0 , I DT 2 0 0 5 - 0 9 - 0 9发布2 0 0 6 - 0 4 - 0 1实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布 GB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 目次 前言 , 。 , , , , , , , , , ⋯ 工 引言 ⋯⋯、 , , , , , , 、 , , , , , 。 , , ⋯⋯ 皿 1 范围 , , , , , , , , 。 。 一 。 , , , ⋯⋯ 1 2 规范性引用文件 , , 一 。 , 。 。 , , , 。 , 。 。 。 。 。 ⋯⋯ 1 3 定义 , , , , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 符号 , , 1 “介 , , , , , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 5 带标准阀内件的阀 “. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 。 。 。 。 , ⋯⋯ 4 5 . 1 压力与压力比 ‘ , , , , , , , , , , , 。 。 。 , ⋯ 4 5 . 2 各状态的定义, , , , , , , , , , , , , , , 。 。。 。 , , ⋯⋯ 5 5 . 3 初步计算 , ‘ , , , , , , , , 。 。 。 , , ⋯⋯ 5 5 . 4 状态 工 亚音速流 , , , , , 。 , ⋯⋯ 7 . 5状 态n 到 状 态 V 通 用 计 算 , , , 。 , , , , , ⋯ ⋯ “ , , , , , , 8 5 . 6 噪声计算 , 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , , , ⋯ 9 5 . 7 计算流程图 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 0 6 带降噪阀内件的阀 , , , , , , , , , , 。 。 一 ‘ ⋯⋯ 1 0 6 . 1 简介一 , , 。 。 。 。 ⋯⋯ 1 0 6 . 2 单级多流路阀内件 , , , 。 , , , ⋯⋯ 1 0 6 . 3 单流路多级降压阀内件 2 级或多 级节流 , , , 。 , 一1 1 6 . 4 多流路多级阀内件t 2 个或更多流路, 2 级或更多级阀内件卜 1 , , , , , , , , , , , , , , ,1 2 6 . 5 不包括在本部 分中的阀 , , , , 。 。 尸 , , , , ⋯⋯ 1 3 7 出口 处马赫数较高的阀 , 。 。 , 一1 3 7 . 1 简介 , , , 。 ⋯⋯ 1 3 7 . 2 计算程序 , , , , , , , , , 。 。 。 , , , , , , 一1 3 附 录A 资 料 性 附 录 计 算 示 例 一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 一 1 5 参考文献 , , , , , , , , 。 , , , , , , , , , , , 。 。 。 , 一 3 6 1.乃‘Q曰卜卜U内卜U行1﹃日 1卫.11111 单级多流路阀内件⋯ 单流路多级降压阀内件 多流路多级阀内件 2 个或更多流路, 2级或更多级阀内件 11门乙勺d 图图图 数字常数 N 阀门类型修正系数 F ., 典型值 全口径阀内件. , 、 , ⋯ 声功率比r ,V 频率系数G _ G , 1今白八Od‘ 表表表表 GB/ T 1 7 2 1 3 . 1 5 - 2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 前言 G B / T 1 7 2 1 3 工业过程控制阀 分为如下部分 控制阀术语和总则 e q v I E C 6 0 5 3 4 - 1 1 9 8 7 流通能力安装条件下流体流量的计算公式 I E C 6 0 5 3 4 - 2 - 1 1 9 9 8 , I D T 流通能力 试验程 序 I E C 6 0 5 3 4 - 2 - 3 1 9 9 7 , I D T 流通能力固有流量特性和可调比 I E C 6 0 5 3 4 - 2 - 4 1 9 8 9 , I D T 尺寸两通球形直通控制阎法兰端面距和两通球形角形控制阀法兰中心至法兰端面的间距 I E C 6 0 5 3 4 - 3 - 1 2 0 0 0 , I D T 尺寸角行程控制阀 蝶阀除外 的端面距 I E C 6 0 5 3 4 - 3 - 2 2 0 0 1 , I D T 尺寸对焊式两通球形直通控制阀的端距 I E C 6 0 5 3 4 - 3 - 3 1 9 9 8 , I D 丁 检验和例行试验 I E C 6 0 5 3 4 - 4 1 9 9 9 , I D T 标志 e q v I E C 6 0 5 3 4 - 5 1 9 8 2 定位器与控制阀 执行机构连接的安装细节定位器在直行程执行机构上的安装 I E C 6 0 5 3 4 - 6 - 1 1 9 9 7 , I DT 定位器与控制阀执行机构连接的安装细节定位器在角行程执行机构上的安装 I E C 6 0 5 3 4 - 6 - 2 , 2 0 0 0, I D T 控制阀数据单 e q v I E C 6 0 5 3 4 - 7 1 9 8 9 噪声的考虑实验室内测量空气动力流流经控制阀产生的噪声 e q v I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 1 1 9 8 6 噪声的考虑实验室内测量液动流流经控制阀产生的噪声 I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 2 1 9 9 1 , I D T 噪声的考虑 空气动力流流经控 制阀产生的噪 声预 测方法 I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 , I D T 噪声的考虑液动流流经控制阀产生的噪声预测方法 I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 4 , 1 9 9 4 , I D T 本部分为 G B / T 1 7 2 1 3的第 1 5部分 本部分等同采用 I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 工业过程控制阀第8 - 3部分 噪声的考虑空气动力流流 经控制阀产生的噪声预测方法英文版 。 本部分 等同翻 译I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 为便于使用, 本部分作了下列编辑性修改 a “ I E C 6 0 5 3 4的本部分” 一词改为“ G B / T 1 7 2 1 3的本部分,, ; b 用小数点“ . ” 代替作为小数点的逗号“ , ” ; C 删除国际标准的前言; d 规范性引用文件用“ G B / T 1 7 2 1 3 所有部分 ”删除“ G B / T 1 7 2 1 3 . 1 “ , e 用“ 压差比系数 二 二 ” 取代附 7e A例 1 中的“ 压降比系数 s 7 f 用“ I 厂代替作为对数符号的“ l o g , ” , g 删除 数值比 较中的 不合理符号 如 例1 中7 . 2 X 1 护 7 . 2 X 1 护的 “ ” 号, 例2 中6 . 9 X1 0 5 . 6 X1 0 “ 的“ 二” 号 ; h 用“ p e n 4 . 2 1 X 1 0 5 P a , 取代例 1 和例 4中的“ p z a --4 . 2 X1 0 “ P . 另外, 资料性附录中仅对已知数据出现的差错作了相应更正, 而对示例中计算过程取得的数据的差 错未作更改 本部分的附录A为资料性附录。 本部分由中国机械工业联合会提出。 I CB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第一分技术委员会归口。 本部分由上海工业自动化仪表研究所西派埃仪表成套有限公司负责起草。参加起草的单位 上海 自动化仪表股份有限公司自动化仪表七厂、 天津市自动化仪表四厂、 机械工业仪器仪表综合技术经济研 究所、 重庆川仪十一厂有限公司、 吴忠仪表股份有限公司。 本标准主要起草人 陈蒙南、 李元涛、 范萍、 王群增、 郑秋萍、 冯晓升、 王凌霄、 王燕、 高强 GB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 引言 机械流动功率, 同声效系数一样与流体流态有关。声效系数与转换为内部声功率的机械流动功率 是成比例关系的 本方法还提供了计算内部声压和与之对应的峰频率的方法, 而峰频率在管道传播损失计算中是至 关重要的 目前, 控制阀用户普遍要求知道管道外的声压级, 典型地是要求知道控制阀或渐扩管下游 1 m处 和管壁外 1 m处的卢压级。本部分提供了求得这些值的方法 本部分等式中 用到的阀的 尺寸参数等同 于G B / T 1 7 2 1 3 . 1 和G B / T 1 7 2 1 3 . 2 在一般的控制阀中, 通过控制阀外壁传出的噪声很小。人们感兴趣的噪声是在控制阀下游和管道 中产生的并通过管壁逐渐消失的噪声, 比较典型的测量地点是在阀体下游 1 m处和管壁外侧 1 m处 第二种噪声源可能在气体以高马赫数冲出控制阀时产生。本部分中的方法允许估算这些将会被以 对数形式加在阀体内产生的噪声上的附加噪声。参见第 5 章和第 6 章马赫数不大于 。 . 3 和第 7 章马赫 数大于。3的相关内容。 虽然这种预测方法不能保证结果完全正确, 但它得出的计算结果与实验室条件下得出的大部分噪 声数据相差在5 d B以内 见 G B / T 1 7 2 1 3 . 8 . 大部分试验数据往往是在常温下以空气为介质采用这种方法得出的, 本方法也普遍适用于其他气 体和蒸汽. 并且在更高的压力下也是适用的。当流体在极限温度以及下游压力与大气压力相差甚远的 条件下或者在临界点附近运动时, 就增加了结果的不确定性。等式中包括了与流体密度和比热比有关 的项 注试验室空气试验一般在上游压力不超过1 8 3 0 k P a 1 8 . 3 b a r 和下游压力不超过 1 6 0 0 k P a 1 6 . 0 b a r 下进行, 蒸 汽试验温度不超过2 2 5 ℃时与计算值吻合较好。 传播损失计算式建立在管道内声波和管壁共振产生的声波相互作用的精确分析上。在上业上允许 管道壁厚有较大的公差, 这严重制约着需要采用非常复杂的数学方法才 ‘ 能得到的传播损失的值的精确 度, 因此, 应用了简化的方法 计算实例见附录A 本方法基于第 2 章列出的规范性引用文件和参考文献给出的参考文件。 GB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 工业过程控制阀第 8 - 3 部分 噪声的考虑空气动力流流经控制阀 产生的噪声预测方法 范围 G B / T 1 7 2 1 3的本部分规定了一种预测可压缩流体流经控制阀及与之相连渐扩管道所产生的外部 声压级的理论方法。 本方法中考虑的气体为基于理想气体定律的单相于燥气体或蒸汽。 本部分仅考虑由气体动力流流经控制阀及相连管道所产生的噪声。本部分不考虑由反射、 机械振 动、 不稳定的流体状态和其他不可预测因素引起的噪声。 本部分假定噪声测量处下游至少有2 m的直管段。 本方法只 适用于钢制或钢铁合金制管道 见5 . 6 中 式 3 8 和式 4 0 0 本方法适用于下列单级阀 球形阀 直通阀, 角形阀 , 蝶阀, 旋塞阀 偏心旋塞阀, 球面旋塞阀 , 球 阀, 套筒阀。但不包括特定 凡C的乘积超过额定流量系数 5 0 的全口径球阀. 本部分也不涉及特殊的低噪音阀内件, 见 6 . 5 。当标准阀内件的阀出口处马赫数超过 。 . 3或低噪 音阀内件阀出口处马赫数超过0 , 2 时, 需用第 了 章的计算程序. 本部分中马赫数限定如下 马赫数所在位置 马赫数限制 第 5 章标准阀内件第 6 章降噪阀内件第 7 章高马赫数应用 自由膨胀射流M 没有限制没有限制没有限制 阀 出 口M 0. 30 . 21 . 0 下游渐缩管入口从 不 适 用不 适 用 1 . 0 下 游 管 道M 0. 30 . 20 _ 8 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过 G B / T 1 7 2 1 3 的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文 件, 其随后所有的修改单 不包括勘误的内容 或修订版均不适用于本部分, 然而, 鼓励根据本部分达成 协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本适用于本 部分 。 G B / T 1 7 2 1 3 其他所有部分 工业过程控制阀 I E C 6 0 5 3 4 , I D T或 MO D 3定义 G B / T 1 7 2 1 3 其他各部分确定的和以下术语和定义适用于本部分。 声效9数 a c o u s t i c a l e f f i c i e n c y 转换成声功率的流动功率与质量流量流动功率的比值。 GB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 3 . 2 外部重合频率 e x t e r n a l c o i n c i d e n c e f r e q u e n c y 外部声波波速与厚度等同于管壁厚度的平板内挠声波波速相等时的频率。 3 . 3 内 部重合频率 in t e r n a l c o i n c i d e n c e f r e q u e n c y 在给定的圆周模式下, 声学的和结构上的轴向波数相等时的最低频率, 此时传播损失最小。 3 . 4 带凹 槽阀板 蝶阀 f l u t e d v a n e b u t t e r f l y 阀板表面带有凹槽的翼形蝶阀, 这些凹槽的目的是在不改变阀座密封线或密封面的情况下使通过 的流体形成一定的流动状态 3 . 5 独立流路i n d e p e n d e n t f l o w p a s s a g e 通道内流体流动不受邻近流路内流体干涉的流路. 3 . 6 峰频 率 p e a k f r e q u e n c y 内部声压最大时的频率。 3 . 7 阀门 类型修正系 数 v a l v e s t y l e m o d i f i e r F , 单流路水力直径与一个节流孔直径的比值, 其中节流孔面积等于给定行程下所有相同流路的面积 之和 4 符号 符 号 说明单位 A A, C C c . , f 钟心 f 2 n d d d D ‘ D d , F a r , F L n F u F , 单流路面积 给定行程下。级的多级阀内件最后一级的总流通面积 流量系数 x ,和C 。级的多级阀内件最后一级的流量系数 亚音速流条件下缩流断面的声速 临界流条件下缩流断面的声速 下 游 声 速 阀 出 口 直 径 流路直径 若非圆截面则用 d 动 单流路水力直径 阀出日内径或渐扩管进口内径的较小值 下游管道内径 缩流断面射流直径 圆节流孔直径, 其面积等干给定行程下所有流路面积之和 阀门类型修正系数 无附接管件控制阀的液体压力恢复系数 注A 低噪声阀内件最后一级的液体压力恢复系数 带附接管件控制阀的液体压力恢复系数和管道几何形状系数的复合系数 注们 管道几何形状系数 m 2 m 袱 各不相同 见G B / T 1 7 2 1 3 . 1 各不相同 见 G B / T 1 7 2 1 3 . 1 m/ ‘ m/ s m/ 5 n1 r l】 n r m nt 】 11 m 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 GB / T 1 7 21 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I EC 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 符 号 说明 单位 几 九 / S , R 了 G, G I I - 毛 , , L , 乙 。 八 I , A 。 乙 p i L k I ., , 1 - . , M M, M ,. M 从 M 从 从 刀 州 , N N n . D . . P . P n . } 户 P 「 户 之 P s e P, , ne } F R r 口 T T 外部重合频率 内部管道重合频率 产生的峰频率 在阀出口处或渐扩管缩径处产生的峰频率 环形频率 频率系数 见表4 径向流路的长度 单流路湿周 由管道渐扩管导致气体紊流引起的距管壁 1 m处 A加权声压级 马赫数修正值 管道外A加权声压级 管壁In处 A加权声压级 管壁上内部声压级 见5 . 6 下游管道内部声压级 见7 . 2 由阀内件和渐扩管引起的距管壁1 m处组合 A加权声压级 总内部声功率级 流体分子质量 状态Q到状态I V 时的自由膨胀射流马赫数 ,级的多级阀内件最后一级的自由膨胀射流马赫数 状态V时的自由膨胀射流马赫数 阀出口马赫数 渐扩管人口马赫数 缩流断面马赫数 下游管道马赫数 质 量 流量 声速时的质量流量 数字常数 表 1 阀内件上互相独立且完全相同的流路数 管道外实际大气压 级的多级阀件最后一级的绝对滞止压力 参比声压,2 X1 0 - 注5 标准大气压 注 1 亚音速流条件下缩流断面绝对压力 临界流条件下缩流断面绝对压力 阀入口绝对压力 阀出口绝对压力 断点处阀出口绝对压力 流条件下阀出日绝对压力 声效系数开始为常数时阀出口绝对压力 通用气体常数8 3 1 4 声功率比 见表 3 ,级的多级阀内件最后一级人口绝对温度 亚音速流条件下缩流断面绝对温度 Hz HZ 下 工 2 H z Hz 无 量 纲 n 1 n 1 d B A 参比 P . d B 参比户 d B A 参比P O d B A 参比P d B 参比P . d B 参比P a d B A 参比P o d B 参 比 W k g / k mo l 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 k g / s k g / ., 各 不 相 同 无 量 纲 P a 见 注 3 Pa Px P a P a P a P a P a P a Pa P a J 八 k mo l K 无 量 纲 K K GB / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 符 号说明 单位 T . T , T 1 丁王 了 七 R t 1 , U U s U W。 W 尺 W 。 W . . W 。 W 。 a R r , N } f 1 两 中 临界流条件下缩流断面绝对温度 人 口绝 对 温 度 出口绝对温度 传 播 损 失 下游管道传播损失 管壁厚度 下游管道气休速度 渐扩管进口气体速度 亚音速流条件下缩流断面速度 声功率 阀出口或渐扩管缩径处卢功率 质量流量流动功率 阀出口或渐扩管缩径处质量流是流动功率 声速下质量流量流动功率 参比声功率 -1 0 - 1 1 见注5 恢复修正系数 阀出口或渐扩管人口收缩系数 比热 比 声效系数 见注2 n 和T时的 流体密度 p 2和T , 时的流体密度 P 。和T , 时的 n 级的多级阀内件最后一级的流体密度 相对流量系数 K K K d B d B m m/ 、 m/ s m/ s W W W W W W 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 无 量 纲 k g / m k g / m k g / -, 无 量 纲 下标 e 表 示 外 部 书 1 表示内部; n表示阀内件最 后一级; R 表示在管道下游或渐扩管情况下。 注 1 ; 标 准 气 压 是 1 0 1 , 3 2 5 k P a 或 1 . 0 1 3 2 5 b a r 注2 下标 1 , 2 , 3 , 4和5 相应表示流态 I. II、 皿、 W. V口 注3 ; 1 b a r 1 0 k P a l o P a . 注4 为计算缩流断面压力及速度, 本部分中假定气体压力恢复情况与液体相同 注5 声功率与声压一般经过对数换算以分贝形式表示, 它们与参比标准有一定的对数关系, 声压为 2 X 1 0 一 P a , 声 功 率 为 1 0 - i z W o 5 带标准阀内件的阀 5 . 1 压力与压力比 噪声预测过程中需要知道儿个压力和压力比, 下面给出了这些数据。 缩流断面是流速最大, 压力最小的区域。其最小压力, 不能低于绝对零压, 可用下式计算 力 。 P} P. 一 P F 2 1 注 1 ;此式是亚音速条件下 F 的定义。 G B/ T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I EC 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 注2 当阀带有附接管件时, 用F , , I F ,‘ 代替 F , . 注 3 在计算缩流断面压力时需知道参数F由缩流断面压力可计算出速度, 并由此确定声效系数 在临界流条件下, 缩流断面压力用下式计算 P .. - P i ; 2 1 }/tY- 、 ,-rl/ 2 缩流断面音速流开始时的下游临界压力由下式计算 p 2 , 二p , 一F ; . p , 一P - . 注 4 当阀带有附接管件时, 用F. / F 代替 几. 修正系数。 是两个压力比的比值, a 临界流条件下入口压力与出口压力之比 b 临界流条件下人口压力与缩流断面压力之比 它可由下式计算 3 4 丛耘 一- g一e -一 a 激波紊流作用 W 态 开 始超越剪切紊流作用〔 m 态 影响噪 声频谱的 那一点称为断点。 对各流态的 解释见5 . 2 , 断点处下游压力可用下式计算 y/ 〔 了 1〕 P 2 2 5 声效系数为常数的区域 V态 开始时的下游压力由下式计算 P zc 一 A2 2 . 6 5 . 2 各状态的定义 控制阀通过把势 压力 能转换成紊流来控制流体。控制阀中的噪声是由这种转换能量中的一小部 分产生的, 大部分能量都变成热能 产生噪声的不同状态是各种声学现象或气体分子与激波相互作用的结果。状态 I时, 流体以亚音 速流动, 气体被部分再压缩, 这与F , 有关。此类噪声主要由偶极子声源引起。 状态 II时, 噪声主要由激波之间相互作用和紊流阻塞流产生。当II 态接近极限时, 再压缩量减小。 状态m时, 不存在等嫡再压缩。流体为超音速流动, 剪切紊流占主导地位。 状态N时, 马赫面形成, 分子碰撞减少, 激波紊流作用占主要因素。 状态V时, 声效系数为常数。P 的进一步降低将不会使噪声增加。 对于一组给定的工作条件, 各状态确定如下 当P 2 P z c 时,状态1 当P z c P z i P -时,状态n 当P . P e 异P z 。 时,状态l II 当p e a p 2 }P z c e 时, 状态I V 当户 二 p 时.状态V 5 . 3 初步计算 5 . 3 . 1 阀门类型修正系数 F n 对多级阀. F a 仅适用于最后一级。 阀门类型修正系数 F 。 可用下式计算 . . . . . . . . . . . . ⋯⋯, 。 。 。 。 ⋯ 7 a Gs / T 1 7 2 1 3 . 1 5 -2 0 0 5 / I E C 6 0 5 3 4 - 8 - 3 2 0 0 0 单流路水力直径d 可用下式计算 d . . . ⋯⋯’ ⋯⋯ 7 b 4A而 总流路面积的等效直径 d 0 d , 丫 4 N oAn 二