控制阀振动和噪声的防治.pdf

文章编号 100225855 2006 0320035202 作者简介庞秀伟1978 - ,男,黑龙江哈尔滨人,助理工程师,现从事阀门设计与试验研究工作。 控 制 阀 振 动 和 噪 声 的 防 治 庞秀伟,郑红丽 哈尔滨哈锅阀门股份有限公司,黑龙江 哈尔滨150046 摘要 从机械振动、水动力学、气体动力学和固体粒子等方面对控制阀的振动和噪声产生的 原因进行了分析,提出了在结构和设计中防止振动和噪声的措施。 关键词 控制阀;振动噪声;防止措施 中图分类号 TH134 文献标识码 A Introduction of prevention measure about breakage that brought by control valve′s vibration and noise PANG Xiu2wei , ZHENG Hong2li Harbin HBC valve Co. , Ltd. , Harbin 150046 , China Abstract According to research of the reason of control valve’s vibration and noise , this article of2 fers some measures in configuration and design calcution to avoid vibration noise from mechanical vibra2 tion , hydrodynamics , gas dynamics and solid particle aspects , and so on. Key words control valve ; vibration and noise ; prevention measure 1 概述 近年来,节流阀、调节阀和减压阀等控制阀门 的振动和噪声所引起的破坏已引起了人们很大的重 视。因为,控制阀的振动和噪声关系到设备的安全 和寿命以及现场操作人员的身心健康。随着火力发 电机组向超临界和大容量发展,用于系统上,尤其 是给水系统和减温减压系统的控制阀工作条件更加 苛刻,因此应加强控制阀的振动和噪声的防治。 2 原因分析 气流的扰动是控制阀内产生振动和噪声的根 源。介质在阀内的节流过程也是其受摩擦、受阻力 和扰动的过程,因而产生各种各样的涡流。例如介 质通过节流处或转弯处以及分流时,都会产生涡 流。当涡流的激振频率同机械元件的自振频率耦 合,或者同管道内纵向气柱声驻波、横向气柱振 荡、热动力冲击、气动动力冲击、气动动力压缩或 其他不稳定的流动产生压力波偶合,就会产生共 振。此时,振动和噪声将增加,对设备的损坏程度 将扩大。虽然,改变这种状况的方法很多,但一般 是以改变管道和阀门的几何形状,控制阀门的自然 频率和激振频率,避免由于它们的相互偶合而产生 谐振。对于产生高阶次的自然频率,应使激振频率 小于基频,如果其振区不是很宽,可以在结构上把 它们互相移开。调节阀、节流阀和减压阀的振动和 噪声还与阀门的压差有关。当阀门进出口的气体 蒸汽介质压力比P1/ P2 3或液体水介质 的P12P2 310 MPa时,振动来源于气流的扰动。 在较高的压差下,气流扰动产生的冲击波压力 波将加强。 3 防止措施 311 机械振动 机械振动是阀内流体不均匀压力的紊流冲击阀 杆头部引起的。由于在阀杆头部和执行器运动不稳 定时,在液体压力的作用下,阀杆上产生不平衡的 上下方向的运动力,既而产生零件的疲劳破坏。造 成阀门导向间隙不同心引起振动。对机械振动和由 此产生的噪声有多种预防措施。① 将容易承受紊流 形式的柱塞节流结构变为节流罩节流结构。② 将悬 壁梁顶尖导向方式改成节流罩导向方式。③ 缩小导 向间隙。④ 选用刚性导向和柱塞头。⑤ 为减少紊流 流动时的涡流,避免扩大和缩小阀座以外的通道。 ⑥ 逆流阀避免阀体内回旋流,流体在内阀座全圆周 532006年第3期 阀 门 均匀流动,安装防止旋流板。⑦ 逆流阀的阀座下部 加工成柱塞带尖结构,避免介质在阀杆头部产生不 稳定流。 312 水动力学振动 在液体工况中,介质的紊流、气蚀和闪蒸会引 起振动和噪声,虽然紊流不至于产生噪声破坏,但 必须防止其成为机械振动源。如果振动噪声过大, 证明气蚀很严重。对闪蒸引起的振动和噪声可采用 逆流角形阀进行控制。其内部零件和阀体材料应采 用抗腐蚀耐冲刷的材料。对于苛刻的工况,应从水 动力学方面考虑,按照解决闪蒸和气蚀的方法处理。 为避免非气蚀流动的振动和噪声,应避免涡流 和剥离流,其方法与解决机械振动的方法相同。但 在扩大出口通路时喷嘴单侧斜度应选取一合适的角 度值。 为避免气蚀引起的振动、噪声和磨损,应合理 的选择阀门的结构形式及合理的进行压差分配,控 制闪蒸的压差 △Pj为 △Pj≤ P 1- PV K m 式中 △Pj 不发生闪蒸允许压差这个状态是 初期闪蒸和临界闪蒸状态之间 , MPa P1 入口侧绝对压力, MPa PV 液体的绝对饱和蒸气压力, MPa Km 阀恢复系数 避免气蚀的方法有许多种。① 粘性摩擦法。② 多级节流或分割节流法。③ 对压缩性流体可采用与 解决气体动力学问题相同的方法处理。④ 喷流冲击 法,即利用多级节流孔喷射出的流体在中间互相冲 击排列的多孔,使喷射出的流体喷流速度能同时摩 擦吸收能量图 1 。 图1 对喷流方式 为了既减少冲刷,又减小振动和噪声,要采用 刚性优良的阀杆和导向件。 ① 导向部位尽量采用导向套的结构,但在不可 能时,应采用大直径顶尖导向,悬壁梁尽量短。 ② 角形阀,闪蒸流体采用在内件和阀体上不冲 击的结构。 ③ 阀门的出口侧套筒式扩散式的喷嘴圆滑通 道逐渐扩散结构,不要产生紊流的配管,保护阀 门出口不受冲刷。 313 气体动力学引起振动 用于气体和蒸汽的控制阀引起其振动和噪声的 最主要原因是在节流部的高速介质流速造成,剧烈 振动伴随着震耳的声音,虽然其速度为亚音速,但 容量大时喷射部高紊流区产生高噪声,最大的噪声 是通过节流口发生的冲击波,在喷嘴下部冲击波转 换成噪声和振动。节流噪声的大小和水平与5个参 数有关。① 孔口的级数。② 流路分开的数量。③ 阀 门的流通能力CV。④ 阀门前后压差 △P。⑤ 压差 与进口压力之比 △P/ P1。因此,为减小可压缩流 体振动和噪声一般是将单级大孔节流改为多级分布 小孔节流。同时,由于阀出口速度以亚音速为主, 将发生激烈的冲击波,因此可以用增加管壁厚度和 绝缘材料增加声传播损失,或用消声器解决噪声等 问题,或采用增大阀体或设扩压器以降低出口速 度。 314 磨损引起振动 磨损有气蚀和闪蒸损坏、水动力学磨损及由于 固体粒子的机械磨损等不同的情况,根据不同的磨 损机理,采取不同的防止措施图2、图 3 。 图2 防固体粒子咬伤结构 首先在设计上防止气蚀损伤和防止闪蒸对阀瓣 头部的密封面及下部周围损伤时,阀体应选择耐闪 蒸磨损强的合金钢WC6、WC9和C5 ,阀瓣头部及 阀座节流密封面用CoCrW - No16表面硬化处理。 避免固体粒子的机械磨损时,下转第43页 63 阀 门 2006年第3期 文章编号 100225855 2006 0320043201 简易的安全阀弹簧刚度检验装置 玉金贵,秦广森 河北隆化县承德高中压阀门管件有限公司,河北 隆化 068150 弹簧是安全阀中不可缺少的零件,其刚度对安 全阀工作的稳定性影响很大。为检测弹簧刚度,保 证安全阀性能,设计了一种简易的弹簧刚度检测装 置图 1 。 11 下弹簧座 21 双头螺栓 31 支撑套 41 试压弹簧 51 活塞 61 平垫圈 71 螺母 81 压力表 91 压力表接头 101 试压泵接头 111 活塞缸 121 复合O形圈 131 上弹簧座 141 支撑底板 图1 弹簧刚度检测装置 检测装置由活塞缸、活塞及支撑部分等组成。 活塞直径由计算确定。试压泵接头与手动试压泵相 连,在液压的作用下活塞缸可以向下移动。检测 时,将外观检验合格的弹簧置于装置的活塞和底板 之间,按其内径套入上下弹簧座中,通过试压泵施 加压力。当活塞缸端面与弹簧接触时,记录此时指 针的位置和压力表读数此时压力表读数为活塞和 缸体之间的摩擦力,数值很小,高压弹簧此数值可 以忽略不计,但中低压弹簧必须考虑此数值,以便 计算装置内部损耗 △P。记录几组压力表读数P, 并记录在相应载荷下刻度尺的读数。则弹簧受力F 为 F P -△P A 式中 F 活塞杆受力弹簧受力 , N P 试压泵压力即压力表读数 , MPa △P 装置内部损耗, MPa A 活塞杆面积, mm2 根据F值和相应的弹簧变形量即读数差λ 可求得弹簧刚度P′ 为 P′ F/λ 取几组计算值的平均值,当P′ 大于等于理论 值时刚度合格。试压结束后卸压,活塞缸在弹簧力 的作用下回到初始位置。 弹簧刚度检验装置使用效果良好,操作简单, 提高了工作效率。 收稿日期 20061021 28 上接第36页 图3 防固体粒子冲击结构 为防止锅炉主蒸汽管内的固体粒子的侵入是很难的, 在结构上应利用节流套导向,关闭时固体粒子不能 流动和咬住的结构,以及在入口增设过滤网方式。 4 结语 解决控制阀节流件振动和噪声的通用方法之一 是采用多级节流,将每一级的压差控制在允许的范 围内。在结构上可以采用迷宫式多级节流、烧结球 式结构、笼式组合式结构。因此节流件和阀座的型 线尺寸是非常重要的。 参考文献 〔1〕 美J. L.莱昂斯.阀门技术手册 〔M〕.北京机械工业出 版社, 2000. 收稿日期 20061021 13 342006年第3期 阀 门