1、概述

　　調(diào)節(jié)閥是流體機(jī)械(包括電力機(jī)械、化工機(jī)械、流體動(dòng)力機(jī)械等)中控制通流能力的關(guān)鍵部件,其性能和安全性與整個(gè)裝置的工作性能、效率和可靠性密切相關(guān)。在煉油、石油化工和發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)、噪聲與閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象,甚至由于振動(dòng)導(dǎo)致閥桿斷裂等事故也時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重影響設(shè)備的安全和壽命以及操作人員的身心健康�？朔�調(diào)節(jié)閥振動(dòng)與噪聲,延長(zhǎng)其使用壽命已經(jīng)引起許多設(shè)計(jì)制造部門和研究單位的高度關(guān)注。

2、原因分析

　　調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)與噪聲根據(jù)其誘發(fā)因素不同,根據(jù)真空技術(shù)網(wǎng)的文章,大致可將其分為機(jī)械振動(dòng)、氣蝕振動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)等原因。

2.1、機(jī)械振動(dòng)

　　機(jī)械振動(dòng)根據(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥的整體振動(dòng),即整個(gè)調(diào)節(jié)閥在管道或基座上頻繁顫動(dòng),其原因是由于管道或基座劇烈振動(dòng),引起整個(gè)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)。此外還與頻率有關(guān),即當(dāng)外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時(shí)受迫振動(dòng)的能量達(dá)到最大值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥閥瓣的振動(dòng),其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加,使調(diào)節(jié)閥前后差壓急劇變化,引起整個(gè)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生嚴(yán)重振蕩。

2.2、氣蝕振動(dòng)

　　氣蝕振動(dòng)大多發(fā)生在液態(tài)介質(zhì)的調(diào)節(jié)閥內(nèi)。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調(diào)節(jié)閥開(kāi)度越小,其前后的壓差越大,流體加速并產(chǎn)生氣蝕的可能性就越大,與之對(duì)應(yīng)的阻塞流壓降也就越小。

2.3、流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)

　　介質(zhì)在閥內(nèi)的節(jié)流過(guò)程也是其受摩擦、受阻力和擾動(dòng)的過(guò)程。湍流體通過(guò)不良繞流體的調(diào)節(jié)閥時(shí)形成旋渦,旋渦會(huì)隨著流體的繼續(xù)流動(dòng)的尾流而脫落。這種旋渦脫落頻率的形成及影響因素十分復(fù)雜,并有很大的隨機(jī)性,定量計(jì)算十分困難,而客觀卻存在一個(gè)主導(dǎo)脫落頻率。當(dāng)這一主導(dǎo)脫落頻率(亦包括高次諧波)在與調(diào)節(jié)閥及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)頻率接近或一致時(shí),發(fā)生了共振,調(diào)節(jié)閥就產(chǎn)生了振動(dòng),并伴隨著噪聲。振動(dòng)的強(qiáng)弱隨主導(dǎo)脫落頻率的強(qiáng)弱和高次諧波波動(dòng)方向一致性的程度而定。

3、防范措施

　　從調(diào)節(jié)閥的使用和理論分析可以證明,誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動(dòng)和噪聲的因素有很多,這些因素又相互影響,很多都是同時(shí)發(fā)生的,這就使調(diào)節(jié)閥的減震降噪更加困難,需要結(jié)合閥門材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和流體動(dòng)力學(xué)等方面綜合考慮。

3.1、預(yù)防機(jī)械振動(dòng)

　　(1)調(diào)節(jié)閥安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源,如不可避免,應(yīng)采取預(yù)防措施。

　　(2)正確選擇零部件。如果閥瓣快速的忽高忽低的變化,閥門定位器靈敏度又太高,調(diào)節(jié)器輸出微小的變化或飄移,就會(huì)立即轉(zhuǎn)換成定位器輸出信號(hào)很大,致使閥振蕩。調(diào)節(jié)閥的摩擦力太小,外界輸入信號(hào)有微小的變化或飄移,會(huì)立即傳遞給閥瓣,使其振動(dòng)。相反,如調(diào)節(jié)閥的摩擦力太大,則在小信號(hào)時(shí)動(dòng)作不了,信號(hào)大時(shí)一經(jīng)動(dòng)作又產(chǎn)生過(guò)大的現(xiàn)象,會(huì)使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生遲滯性振蕩。遇到這種情況,應(yīng)當(dāng)減小調(diào)節(jié)閥相應(yīng)部分的阻尼來(lái)解決,如更換填料等。

　　(3)合理設(shè)計(jì)閥門結(jié)構(gòu)。為避免閥桿相對(duì)于導(dǎo)向套筒表面的側(cè)向運(yùn)動(dòng),在高頻振動(dòng)下產(chǎn)生疲勞斷裂,提高閥門的抗振能力,可將容易承受紊流形式的柱塞節(jié)流結(jié)構(gòu)變?yōu)楣?jié)流罩節(jié)流結(jié)構(gòu),將懸壁梁頂尖導(dǎo)向方式改成節(jié)流罩導(dǎo)向方式,或采取縮小導(dǎo)向間隙、選用剛性導(dǎo)向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。

3.2、預(yù)防氣蝕振動(dòng)

　　(1)避免小開(kāi)度工作。調(diào)節(jié)閥開(kāi)度太小,致使節(jié)流口處流速增大,壓力迅速減小,流體流經(jīng)閥門很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應(yīng)避免調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)時(shí)間在小開(kāi)度下工作,同時(shí)應(yīng)盡量減小調(diào)節(jié)閥前后壓差。

　　(2)合理的開(kāi)車工藝。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)車工藝對(duì)調(diào)節(jié)閥的使用情況至關(guān)重要,對(duì)于工作壓力較高而前后壓差較低的調(diào)節(jié)閥更是如此。這是因?yàn)檎{(diào)節(jié)閥是根據(jù)設(shè)計(jì)壓差進(jìn)行選型的,是能保證在設(shè)計(jì)條件下的正常安全使用。但是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)車工藝大多都是閥門關(guān)閉的情況下,上游管道開(kāi)始建壓,當(dāng)閥前壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)閥門開(kāi)啟,而此時(shí)閥后壓力仍然很小,這就使閥門處在很小的開(kāi)度、很高的壓差下的工作狀態(tài),會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的振蕩和氣蝕,影響閥門的使用壽命,更有可能損壞閥門。所以現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)車時(shí),應(yīng)盡量使前后壓力同時(shí)建立到設(shè)計(jì)條件后,快速開(kāi)啟閥門,保證閥門在設(shè)計(jì)條件下工作。

　　(3)多級(jí)分配壓降。調(diào)節(jié)閥前后壓差不應(yīng)太大,應(yīng)合理的選擇閥門的結(jié)構(gòu)形式及合理的進(jìn)行壓差分配,如果條件允許可以采用多級(jí)減壓,避免氣蝕的發(fā)生。

　　(4)改進(jìn)結(jié)構(gòu)。若工況系統(tǒng)不宜于多級(jí)減壓結(jié)構(gòu),也可采用節(jié)流套筒的結(jié)構(gòu),但是套筒的結(jié)構(gòu)和尺寸選擇也要根據(jù)實(shí)際情況(如介質(zhì)中是否含有固體顆粒)合理選擇。

3.3、預(yù)防流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)

　　(1)保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力。當(dāng)流體通過(guò)調(diào)節(jié)閥時(shí),閥瓣在靜壓和動(dòng)壓的作用下產(chǎn)生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉(zhuǎn)動(dòng),軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調(diào)節(jié)閥的不平衡力就是指對(duì)直行程的閥瓣所受到的軸向合力。不平衡力直接影響調(diào)節(jié)閥的行程位置與執(zhí)行機(jī)構(gòu)信號(hào)壓力之間的關(guān)系。因此,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出力應(yīng)足以克服不平衡力,以保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。

　　(2)改變流動(dòng)狀態(tài)。為了防止高速汽流進(jìn)入閥體后發(fā)生高速旋流,可在調(diào)節(jié)閥的閥體腔內(nèi)加焊一塊擋汽板。

　　(3)避免產(chǎn)生共振。為克服流體誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動(dòng),應(yīng)降低流體旋渦主導(dǎo)脫落頻率的形成概率和湍流體波動(dòng)壓力場(chǎng)中各波動(dòng)分量在方向、頻率等一致的概率。

4、結(jié)語(yǔ)

　　調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,其內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)是典型的非定常復(fù)雜內(nèi)流問(wèn)題。調(diào)節(jié)閥的振動(dòng)和噪聲是受很多因素共同作用而產(chǎn)生的,應(yīng)充分考慮機(jī)械振動(dòng)、氣蝕振動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)給調(diào)節(jié)閥帶來(lái)的影響。可以采取合理設(shè)計(jì)閥門材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、減小閥門前后壓差、多級(jí)減壓結(jié)構(gòu)和避免閥門在小開(kāi)度下工作等減振降噪的常用方法。另外調(diào)節(jié)閥的選型也應(yīng)留有足夠的安全裕量,以便實(shí)際工作狀態(tài)改變后有足夠強(qiáng)的工況適應(yīng)性。