低噪聲閥門設計原理及閥門噪聲控制分析

孫明宇

哈電集團哈爾濱電站閥門有限公司 黑龍江哈爾濱 150000

在人從事工作的環(huán)境中，閥門作為流體的限制開關設備對人產(chǎn)生的最明顯的問題之一是噪聲，而且閥門噪聲和伴生的振動還會影響閥門性能并且會造成閥門本身鄰近管路及設備的疲勞，從而會降低其使用壽命，甚至可能導致安全事故．所以近年來人性化設計理念和特殊環(huán)境需求對閥門噪聲不斷提出新的要求，非常有必要對閥門噪聲引起重視．

1 閥門噪聲形成方式

1.1 液體動力噪聲

液體動力噪聲是閥門噪聲的主要組成部分之一，其形成是因為液體介質(zhì)在流動時，會形成空化現(xiàn)象，也可稱之為汽蝕現(xiàn)象，受該現(xiàn)象影響，便會形成噪聲。若液體介質(zhì)中某點靜壓力值不高于蒸汽所形成的壓力值，同時也不高于流過閥縮面之后，壓力降低至液體所形成的蒸汽壓力值時，液體當中便會出現(xiàn)氣泡。當液體經(jīng)閥門流出之后，壓力升高至能夠令閥門出口處的壓力不低于液體飽和蒸汽壓力時，液體當中的氣泡便會出現(xiàn)破裂或是內(nèi)向爆炸的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生一定噪音。不僅如此，氣泡爆炸所產(chǎn)生的沖擊波也會引發(fā)閥門以及相關零件振動，且閉合元件持續(xù)沖擊其導向器，也會形成爆炸打擊聲音以及振動噪聲，沖擊也會損害部分閥門零件[1]。

1.2 流體從上游帶來的噪聲

介質(zhì)流束是最好的聲音傳播媒介，如艦艇吸入式通海閥傳遞海水受到炸彈或魚雷的爆炸沖擊波噪聲，這種高壓力沖擊力，如不能把它限制或消除掉，它會對艦艇內(nèi)相關設備造成損傷，嚴重時會造成安全事故；同樣排出的通海閥也會把艦艇內(nèi)設備噪聲帶入海水中，如泵、壓縮機等噪聲，增加被敵方聲納搜索到的可能性，降低了隱蔽性，從而導致艦艇喪失戰(zhàn)斗力．

1.3 機械噪聲

介質(zhì)經(jīng)過閥門產(chǎn)生的無規(guī)壓力起伏，或介質(zhì)對閥門的可動件和固定件直接沖擊，都要引起閥門振動。這種振動輻射的機械噪聲往往淹沒在氣流噪聲或空化噪聲之中，不足于對人產(chǎn)生嚴重的干擾。但是當閥門損壞時，機械噪聲會發(fā)生顯著變化，或強度增大，或頻譜特性完全改變[2]。

2 低噪聲閥門設計原理及閥門噪聲控制

2.1 加強閥門運維管理

在閥門應用過程中，企業(yè)開展的閥門運維保養(yǎng)與日常管理工作，會影響閥門的運行狀態(tài)與質(zhì)量，進而影響閥門噪聲。為有效防控閥門噪聲，企業(yè)在管理閥門時，需做到以下幾點：①技術人員在對閥門進行開、關等操作時，需控制閥門操作的速度與力度，以均勻的速度緩慢操作閥門，適當延長閥門操作的時間，可控制閥門產(chǎn)生的汽蝕現(xiàn)象或振動現(xiàn)象，進而實現(xiàn)控制噪聲的目的。②技術人員在開啟水泵時，需控制水泵出口區(qū)域閥門的開度，要求閥門不可全部開啟，避免閥門開度過大，水泵傳輸?shù)乃w產(chǎn)生較大沖擊力，引發(fā)噪聲。③定期進行設備清理工作，清理范圍包括閥門的閥體、閥芯、閥座密封面及閥芯節(jié)流孔等，確保閥門結構內(nèi)部的流通性，避免閥門結構出現(xiàn)堵塞或腐蝕等現(xiàn)象，影響閥門正常運行，導致閥門出現(xiàn)噪聲。④在閥門日常檢查中，需將閥門密封盤根及密封圈納入檢查范圍，確保閥門保持良好的密封性。如果檢查中發(fā)現(xiàn)閥門的密封結構出現(xiàn)損壞，需立即更換零件。⑤在閥門運行過程中，技術人員需定期向閥門的傳動裝置及導向裝置添加潤滑油，保障閥門運動結構的穩(wěn)定運行，提高閥門整體運行的穩(wěn)定性，防止流體動力噪聲的出現(xiàn)。另外，在閥門使用中，閥門供應商的零件加工精度，也會對閥門噪聲產(chǎn)生影響。基于閥門噪聲來源，閥門結構內(nèi)的粗糙度與流道壁面存在的毛刺現(xiàn)象，會引發(fā)紊流現(xiàn)象，引發(fā)空氣動力噪聲。就此，供應商在進行閥門加工時，需提高加工精度；企業(yè)在采購閥門零件時，需做好質(zhì)量檢驗工作，對閥門內(nèi)部粗糙度較高或流道壁面存在毛刺的零件，進行返廠處理，避免不合格閥門用于管路，實現(xiàn)閥門噪聲的有效控制[3]。

2.2 實際應用

事實上，設計人員在實際設計工作中往往綜合兩種方法進行設計。如針對氣體介質(zhì)而言，設計人員可使用小孔噴注對噪聲進行控制，工作原理如下：設計人員設計閥門的過程中，在不影響排氣量的前提下，使用由多個小孔組成的閥門出口替代原有大閥門出口[4]。如此一來，使得原有高頻聲轉移至超聲范圍，人耳無法進行感知，以達到降低噪聲的效果，同時也不會影響閥門的正常運作。設計人員如使用該方式設計低噪聲閥門，則尤其需要注意孔距、孔徑以及孔數(shù)三個參數(shù)。建議每個孔的直徑宜設計為1．5mm，各個孔之間相隔距離應是孔直徑的8倍至10倍。各個孔面積閥門是通流面積的1．5倍至2倍。設計人員除了利用設計減少噪音，還可以直接為閥門安設消音裝置，如小孔分散式、微孔燒結式等類型的消音器，更為簡便快捷，設計人員可根據(jù)實際情況進行選用[5]。

3 結語

隨著人們對環(huán)境意識的增強和某些特殊保障條件的要求，低噪聲閥門的需求是必然的趨勢，我國在閥門噪聲方面的研究幾乎還是空白，國內(nèi)眾多的閥門企業(yè)對閥門噪聲的認識不多，沒有給予足夠的重視．本文提到的噪聲控制技術已經(jīng)被廣泛應用于工業(yè)環(huán)境噪聲的治理中，作為設計者首先要重視降噪設計問題，在閥門的設計過程中加以運用，這樣才能開發(fā)出滿足市場需求，能為特種需要提供有力保障的閥門產(chǎn)品。