控制阀振动和噪声的防治

控制阀振动和噪声的防治

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。

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、节流阀和控制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P1-P2 < 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逆流阀避免控制阀体内回旋流, 流体在内阀座全圆周均匀流动, 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。其内部零件和控制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。