高壓低噪音小流量調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)研究

張順義，玉石，林以挺

（杭州浙臨閥門有限公司，浙江 杭州 311301）

在當(dāng)前的高壓小流量調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)中，已經(jīng)構(gòu)造了多種結(jié)構(gòu)，通過對(duì)常用結(jié)構(gòu)的研究與分析，可以模擬和分析在工作液體的傳輸中，對(duì)調(diào)節(jié)閥造成的影響，從而讓整個(gè)系統(tǒng)能夠更好運(yùn)行。同時(shí)，研究調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中的噪聲產(chǎn)生機(jī)理，在后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中，通過消除噪聲產(chǎn)生機(jī)理的相關(guān)內(nèi)容，消除噪聲的產(chǎn)生源頭和傳播途徑，降低調(diào)節(jié)閥對(duì)系統(tǒng)的影響效果。

1 高壓小流量調(diào)節(jié)閥的常用結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前的小流量調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中，雖然系統(tǒng)的構(gòu)造形式存在一定差異，但是系統(tǒng)運(yùn)行中采用的原理基本相似，都是通過調(diào)整調(diào)節(jié)閥中活動(dòng)構(gòu)件運(yùn)行狀態(tài)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的合理調(diào)整。在當(dāng)前的調(diào)節(jié)閥中，已經(jīng)建成了電控制、人為控制等多種形式的調(diào)節(jié)閥。在調(diào)節(jié)閥使用中，可以通過調(diào)節(jié)相關(guān)構(gòu)件的運(yùn)行狀態(tài)，變更結(jié)構(gòu)中調(diào)節(jié)滾珠和整個(gè)空腔的夾角，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的有效調(diào)整。另外，在一些調(diào)節(jié)閥中，也會(huì)在液體的進(jìn)口區(qū)域和出口區(qū)域調(diào)整整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通過對(duì)這種方法的應(yīng)用，在很大程度上降低了液體的流速，但是在一定條件下，可以說調(diào)節(jié)閥的工作中，由于和被調(diào)節(jié)液體直接接觸，所以多個(gè)構(gòu)件與系統(tǒng)會(huì)生成噪音。

2 高壓小流量調(diào)節(jié)閥噪聲產(chǎn)生機(jī)理

2.1 渦流擾動(dòng)

在流體動(dòng)力學(xué)中，可以通過伯尼利方程確定流體中是否存在渦流，而在密閉空間中，渦流的出現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生噪音，噪音有兩種產(chǎn)生形式，一種為渦流自身的噪音，另一種為渦流出現(xiàn)后對(duì)管道等設(shè)施的撞擊，導(dǎo)致這類構(gòu)件出現(xiàn)震動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲。通過研究和分析，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前的調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中，會(huì)必不可少地生成渦流，其中生成渦流的主要構(gòu)件為在系統(tǒng)中加入的調(diào)節(jié)構(gòu)件，在具體的研究和分析中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這一構(gòu)件能夠運(yùn)行時(shí)，其兩側(cè)壓力有很大不同，液體的入口壓力較大，此時(shí)調(diào)節(jié)閥中的調(diào)節(jié)構(gòu)件相當(dāng)于流場(chǎng)中的障礙物。通過研究發(fā)現(xiàn)，在流經(jīng)調(diào)節(jié)構(gòu)件后，整個(gè)流場(chǎng)中生成了大量的渦流，渦流的相互擾動(dòng)形成了噪音。另外，在很多渦流的傳遞和運(yùn)動(dòng)中，與調(diào)節(jié)閥相連的相關(guān)構(gòu)件撞擊，尤其是對(duì)于一些含有管道的調(diào)節(jié)閥，生成的渦流與相關(guān)結(jié)構(gòu)的撞擊效果明顯，就最終結(jié)果來看，整個(gè)調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)生成的噪音響度更大。

2.2 壓力擾動(dòng)

在流場(chǎng)中，壓力對(duì)液體的影響效果明顯，當(dāng)流場(chǎng)壓力分布不均時(shí)，則流產(chǎn)的分布均勻度不足，在接觸到相應(yīng)的調(diào)節(jié)構(gòu)件時(shí)，由于壓力分布均勻性較低，所以產(chǎn)生的渦流數(shù)量大幅上升，通過對(duì)上文的研究和分析，可以確定在這種環(huán)境下，整個(gè)調(diào)節(jié)閥的噪聲進(jìn)一步提高，降低了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。另外，在不均勻壓力的作用下，會(huì)在很大程度上降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果，尤其是對(duì)含有相關(guān)管道調(diào)整結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥，在不同壓力的作用線，流場(chǎng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率大幅下降。從不同壓力的作用結(jié)果來看，這種方法引起的湍流量很多，同時(shí)，在一些特定條件下，這一作用形式對(duì)調(diào)節(jié)閥造成的振動(dòng)效果很大，大幅提高了噪聲的各項(xiàng)參數(shù)。

2.3 結(jié)構(gòu)擾動(dòng)

在高壓小流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)中，當(dāng)前的一個(gè)主流設(shè)計(jì)思想為，除了在調(diào)節(jié)閥中設(shè)置相應(yīng)的調(diào)節(jié)構(gòu)件，也在調(diào)節(jié)閥的周邊區(qū)域中配套安裝相應(yīng)的調(diào)整結(jié)構(gòu)，通過這種方法讓整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行。在具體的研究與分析中，通過這種方法可以讓整個(gè)系統(tǒng)更好運(yùn)行。在具體的研究中，當(dāng)其余的調(diào)整結(jié)構(gòu)拐角過多或者角度設(shè)置不合理時(shí)，則流經(jīng)該區(qū)域的液體會(huì)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)造成撞擊效果，從整體上來看，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)都生成噪音。另外，在具體的研究和分析中，通過有限元分析發(fā)現(xiàn)，不同壓力情況下在這些管道中會(huì)生成渦流，從仿真結(jié)果上來看，這種方法大幅降低了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。

3 高壓低噪聲小流量調(diào)節(jié)閥的設(shè)計(jì)方法

3.1 流場(chǎng)優(yōu)化方面

通過對(duì)當(dāng)前結(jié)果的研究和分析，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)流場(chǎng)存在運(yùn)行問題時(shí)，會(huì)在很大程度上降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，所以在研究過程中，要從這一角度出發(fā)，完成對(duì)這一系統(tǒng)的研究與分析工作。流場(chǎng)優(yōu)化方法有以下三種模式。

（1）射流法。射流法的原理為，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中通過降低系統(tǒng)中流體的流速，降低在調(diào)節(jié)過程中渦流的生成量，同時(shí)降低流體與管道的撞擊效果，通過這種方法可以提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。在這一原理的應(yīng)用中，會(huì)主動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)中產(chǎn)生的工作項(xiàng)目，同時(shí)完成對(duì)整個(gè)流場(chǎng)的調(diào)整工作，從作用結(jié)果上來看，在流體經(jīng)過調(diào)整構(gòu)件時(shí)，會(huì)通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)整，在一定程度上降低液體的流速，在流體通過調(diào)整構(gòu)件后，相關(guān)液體的流速會(huì)進(jìn)一步降低，所以在具體的研究與分析中，可以發(fā)現(xiàn)這種方法的原理為通過降低流速防止流體與整個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生過于激烈的撞擊，在具體的研究和分析中，通過這種方法可以讓整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行。但是這種方法也存在問題，即在流體的調(diào)整過程中，會(huì)產(chǎn)生過大的壓降，這就意味著在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中，這一系統(tǒng)中會(huì)生成過大的能量損失，則整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中需要投入更多的成本。

（2）結(jié)構(gòu)法。在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中，通過結(jié)構(gòu)法能夠在很大程度上降低噪音的生成質(zhì)量。這種方法的原理為，讓液體在流經(jīng)調(diào)節(jié)構(gòu)件時(shí)，通過對(duì)流體流動(dòng)方向等參數(shù)的調(diào)整，讓整個(gè)系統(tǒng)能夠更好運(yùn)行，通常情況下，當(dāng)前的發(fā)展結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用的方法可以從兩個(gè)方面落實(shí)，其一為整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量方面，其二中調(diào)節(jié)構(gòu)件運(yùn)行效果方面。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于，作用方式的原理容易判定，同時(shí)在系統(tǒng)的運(yùn)行中，通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的研究和分析，可以更好地完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的研究和分析，從而讓這一系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行。但是也存在運(yùn)行方面的劣勢(shì)，首先，在具體的調(diào)整工作中，會(huì)在很大程度上損耗整個(gè)系統(tǒng)的能量，同時(shí)在液體流動(dòng)方向的調(diào)整中，難以保證流體的流動(dòng)質(zhì)量符合系統(tǒng)的運(yùn)行效果，所以最終取得的噪聲消除效果難以保證。其次，這種方法會(huì)在一定程度上破壞當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出的技術(shù)體系，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量不足，從整體上來看，會(huì)大幅降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。最后，會(huì)在一定程度上提高整個(gè)構(gòu)建的復(fù)雜程度，在系統(tǒng)的具體運(yùn)行中，在一定程度上提高了調(diào)節(jié)閥的故障率。

（3）粘滯法。粘滯法的工作原理為，提高液體與結(jié)構(gòu)面內(nèi)壁之間的粘滯性，通過這種方法可以提高液體運(yùn)行中的能耗，尤其是在系統(tǒng)的整體運(yùn)行中，這種方法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中的能耗總量較少，在具體的工作中，通過這種方法可以讓整個(gè)系統(tǒng)更好運(yùn)行。在本文的研究中，以粘滯法為基礎(chǔ)，研究在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的工作內(nèi)容，在液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時(shí)，將與液體其余管道連接部分的管道直徑加大，通過這種方法可以讓整個(gè)管道更好運(yùn)行。需要注意的是，這種方法由于能夠這較大程度上降低調(diào)節(jié)閥區(qū)域的液體流速，所以為保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的液體總量相同，所以需要適當(dāng)提高調(diào)節(jié)閥的直徑，提高調(diào)節(jié)閥在單位時(shí)間內(nèi)的流體通過量。

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面

在該章節(jié)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，本文提出的方法有兩種，其一為整個(gè)調(diào)節(jié)閥周邊區(qū)域的結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施，其二為調(diào)節(jié)閥的本身結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施。在前者的實(shí)現(xiàn)中，需要從粘滯法應(yīng)用原理的角度出發(fā)，完成對(duì)該系統(tǒng)的完善和優(yōu)化工作。首先，要加大與調(diào)節(jié)閥連接管道的直徑，可以在不同連接區(qū)域的管道中，使用圓錐結(jié)構(gòu)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)整工作。其次，為調(diào)整周邊區(qū)域管道的形狀，在當(dāng)前的研究和分析中，通常在這類連接管道設(shè)計(jì)中，提高管道彎角數(shù)量，減低液體流動(dòng)過程中，所有液體的流速。最后為對(duì)接方式的分析，通過對(duì)這一系統(tǒng)的分析發(fā)現(xiàn)，小流量調(diào)節(jié)閥運(yùn)行中，采用小直徑高數(shù)量液體輸送管的方式，可以更好地達(dá)到降低噪音的效果，所以需要按照這一設(shè)計(jì)思想，落實(shí)度該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。在后者的實(shí)現(xiàn)中，主要工作內(nèi)容為將所有的小流量管道匯總，同時(shí)完成對(duì)這一內(nèi)容的完善和優(yōu)化工作，通過這種方法讓整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行。

3.3 傳播渠道方面

在調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行中，當(dāng)能夠在一定程度上堵塞傳播渠道時(shí)，則能夠在很大程度上降低噪聲強(qiáng)度。在本文的研究中，采用的方法為在調(diào)節(jié)閥連接區(qū)域的周邊管道上，設(shè)置海綿等吸音材料，這類材料的固定方法主要為捆綁模式，同時(shí)不可在該過程中，將海綿使用過大的力壓實(shí)在管道上，通過這種方法可以讓整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行，降低調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，在高壓小流量調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行中，系統(tǒng)中生成的渦流會(huì)大幅提高這一系統(tǒng)的噪聲產(chǎn)生量，尤其是在流場(chǎng)中的壓力不均勻情況下，當(dāng)出現(xiàn)這一問題時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量大幅下降。要將低系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的噪聲，可以采用粘滯法降低系統(tǒng)中渦流的生成量，同時(shí)完成對(duì)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和傳播渠道限制工作，達(dá)到降低噪聲產(chǎn)生強(qiáng)度的目的。