組合式減壓閥降低噪音

                                   上海申弘閥門有限公司

     之前介紹那石油化工減壓閥應(yīng)用案例，現(xiàn)在介紹我公司生產(chǎn)的ZJY46H型組合式減壓閥在一些高水頭電站（水頭200m以上）使用一年后，部分用戶反映主閥節(jié)流錐有氣蝕和沖蝕的現(xiàn)象；同時(shí)，減壓閥運(yùn)行噪聲也偏高。雖然以上問題沒有影響減壓閥的正常運(yùn)行，但我公司針對(duì)電站反映的問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了一系列改進(jìn)試驗(yàn)，取得了良好結(jié)果。
  ZJY46H型組合式減壓閥具有高減壓比、大流量、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)、一級(jí)減壓的特點(diǎn)。但在高減壓比的工況下運(yùn)行時(shí)，由于能量消耗的形式體現(xiàn)，運(yùn)行噪聲和氣蝕的現(xiàn)象也是不可避免的。在分析這一現(xiàn)象時(shí)，我們認(rèn)為：合理的過流面積的幾何形狀可有效地減小流阻，同時(shí)有效地減少噪聲和氣蝕程度。
  為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)改進(jìn)型DN150節(jié)流錐S1#和S2#，和缸套閥座組合件，先在公司的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，S2#節(jié)流錐和缸套閥座組合件，取得了明顯的預(yù)計(jì)效果；然后我們又到云南計(jì)堵河水電站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，雖然這次試驗(yàn)因時(shí)間原因沒有按計(jì)劃全部做完，但仍可證明這次改進(jìn)有著良好的效果。

產(chǎn)生減壓閥噪音的原因可以分為如下三大類：
一、機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的噪音減壓閥的零部件在流體流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)又可分為兩種形式：1)低頻振動(dòng)，這種振動(dòng)是由介質(zhì)的射流和脈動(dòng)造成的，其產(chǎn)生原因在于閥出口處的流速太快，管路布置不合理以及閥活動(dòng)零件的剛性不足等。
2）高頻振動(dòng)，這種振動(dòng)在閥的自然頻率和介質(zhì)流動(dòng)所造成的激勵(lì)頻率一致時(shí)，將引起共振，它是減壓閥在一定減壓范圍內(nèi)產(chǎn)生的，而且一旦條件稍有變化，其噪音變化就很大。這種機(jī)械振動(dòng)噪音與介質(zhì)流動(dòng)速度無(wú)關(guān)，多是由于蒸汽減壓閥自身設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生。減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是，合理地設(shè)計(jì)減壓閥襯套和閥桿的間隙、機(jī)械加工精度、閥的自然頻率以及活動(dòng)零件的剛性，正確地選用材料等。
二、組合式減壓閥降低噪音流體動(dòng)力學(xué)噪音流體動(dòng)力學(xué)噪音是由流體通過減壓閥的減壓口之后的紊流及渦流所產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的過程可以分為兩個(gè)階段：
1）紊流噪音，即由紊流流體和減壓閥或管路內(nèi)表面相互作用而產(chǎn)生的噪音，其頻率和噪音級(jí)都比較低，一般并不構(gòu)成噪音問題。
2）汽蝕噪音，即減壓閥在減壓過程中，當(dāng)流體流速達(dá)到一定值時(shí)，流體(液體)就開始汽化，當(dāng)液體中的氣泡所受到的壓力達(dá)到一定值時(shí)，就會(huì)爆炸。氣泡在爆炸時(shí)，要在局部產(chǎn)生很高的壓力和沖擊波，這個(gè)沖擊瞬間壓力可達(dá)196MPa，但是遠(yuǎn)離爆炸中心的地方，壓力急劇衰減。這個(gè)沖擊波是造成減壓閥汽蝕和噪音的一個(gè)主要因素。減小機(jī)械振動(dòng)噪聲的措施是在設(shè)計(jì)減壓閥時(shí)，必須把減壓閥的減壓值控制在臨界值以下，而且，是在Δp初始以下,因?yàn)闇p壓閥的實(shí)際減壓值達(dá)到Δp初始值時(shí)，液體就開始產(chǎn)生汽蝕，而且噪聲將急劇增大。此外，還要注意相對(duì)于閥瓣的流體介質(zhì)的流動(dòng)方向。
三、空氣動(dòng)力學(xué)噪聲當(dāng)蒸汽等可壓縮性流體通過減壓閥內(nèi)的減壓部位時(shí)，流體的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生的噪音稱為空氣動(dòng)力學(xué)噪音。這種噪音是一種在減壓閥噪音中占大多數(shù)而且處理起來zui為麻煩的噪音。這種噪聲產(chǎn)生的原因分為兩種情況，一是由于流體紊流所產(chǎn)生，二是由于流體達(dá)到臨界流速引起的激波而產(chǎn)生的?？諝鈩?dòng)力學(xué)噪聲不能*被消除，因?yàn)闇p壓閥在減壓時(shí)引起流體紊流是不可避免的。
二 組合式減壓閥降低噪音試驗(yàn)思路
  因?yàn)闅馕g的發(fā)生總是伴隨著噪聲增大，故通過測(cè)試閥內(nèi)水流噪聲而可間接判斷氣蝕性能。
先在公司內(nèi)部的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行工廠試驗(yàn)，取得良好的效果后適時(shí)再到水電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。通過對(duì)改進(jìn)節(jié)流錐與原型節(jié)流錐的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，即可得出改進(jìn)節(jié)流錐的性能結(jié)果。
三 工廠試驗(yàn)
1.工廠試驗(yàn)簡(jiǎn)介
1.1、工廠試驗(yàn)臺(tái)

如圖1 所示：B為多級(jí)泵；A為被測(cè)減壓閥；C為安全泄壓閥。試驗(yàn)系統(tǒng)開啟后，將P1zui高值調(diào)整為1.9MPa，然后在分別設(shè)定P2為各不同值，在各值中改變P1值，觀測(cè)在不同工況下的運(yùn)行穩(wěn)定性和噪聲。
1.2、試驗(yàn)方式
  用兩個(gè)改進(jìn)型DN150節(jié)流錐S1#S2#和一個(gè)原型節(jié)流錐S0#和相對(duì)應(yīng)的缸套閥座組合件，先后裝入減壓閥閥體內(nèi)在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)，通過給定出口壓力、調(diào)節(jié)進(jìn)口壓力，測(cè)試主閥不同開度條件下的噪聲分貝值，即可比較不同節(jié)流錐的性能差異。
2.工廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
工廠試驗(yàn)結(jié)果見表一：
表一                 工廠試驗(yàn)結(jié)果
 

注：P1為進(jìn)口壓力(MPa)；P2為出口壓力(MPa)；K為主閥開程(mm)；Z為噪聲聲壓級(jí)(dB)。
 
由表一可知，改進(jìn)型節(jié)流錐S1#的降噪性能比原型節(jié)流錐S0#稍好，而改進(jìn)型節(jié)流錐S2#降噪性能。
因水泵流量所限，工廠試驗(yàn)參數(shù)不足以說明問題。因此我們選擇了云南計(jì)堵河電站進(jìn)行電站運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
四 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
1.計(jì)堵河水電站及減壓閥使用情況簡(jiǎn)介
  計(jì)堵河二級(jí)水電站位于云南省怒江州瀘水縣稱桿鄉(xiāng)計(jì)堵河上，電站裝機(jī)容量為2×6300kW，為引水式電站。機(jī)組技術(shù)供水采用自流減壓供水和水泵供水方式，單機(jī)組技術(shù)供水流量為150m3/h；水頭為260m～240m。因水泵運(yùn)行故障率高，所以自流減壓供水為主供水。
2、機(jī)組自流減壓供水系統(tǒng)簡(jiǎn)介 
如圖2所示：在壓力鋼管進(jìn)機(jī)組處的位置附近取水。K1、K2分別這取水閥和工作閥，Y為ZJY46H-40C DN150減壓閥。P2的壓力整定為0.6MPa，減壓后的水直供水池，再由水池供兩臺(tái)機(jī)組用水。調(diào)節(jié)閥門K3為合適的過流面積。改進(jìn)前的單臺(tái)ZJY46H-40C DN150減壓閥的流量在滿足兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行噪音為118dB。
3、自流減壓供水系統(tǒng)工作狀況
  計(jì)堵河水電站以前曾用國(guó)外某公司生產(chǎn)的膜片差壓式DN150減壓閥兩臺(tái)作兩級(jí)減壓，使用不到半年即損壞，無(wú)法再用。后改用我公司生產(chǎn)的ZJY46H型組合式減壓閥一臺(tái)作一級(jí)減壓，使用一年后，雖然噪聲偏高，節(jié)流錐有沖蝕和氣蝕，但仍能使用。
  由于電站生態(tài)環(huán)境較差，植被破壞嚴(yán)重。水中的雜質(zhì)主要為石英砂。由于高速水流產(chǎn)生的氣蝕，再加上石英砂的磨蝕，減壓閥的運(yùn)行環(huán)境很差。這就需要對(duì)減壓閥進(jìn)行合理的改進(jìn)，保證在惡劣環(huán)境下運(yùn)行的減壓閥有良好的適應(yīng)性，以保證電站的正常運(yùn)行。
4.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)簡(jiǎn)介
  計(jì)堵河水電站在八月下旬因故需停電一天，我們趁這個(gè)時(shí)機(jī)趕到水電站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。原計(jì)劃試驗(yàn)S2#節(jié)流錐和S0#節(jié)流錐及對(duì)應(yīng)的缸套閥座組合件，以作比較。但因兩次試驗(yàn)間隔的準(zhǔn)備時(shí)間（減壓閥前截止閥不能關(guān)死，需壓力鋼管泄水和灌水）過長(zhǎng)，為不影響按時(shí)發(fā)電，只試驗(yàn)S2#節(jié)流錐而未能進(jìn)行S0#原型節(jié)流錐的試驗(yàn)。
  另外，只有減壓閥后有壓力表，而減壓閥前沒有，也沒有流量計(jì)。這對(duì)試驗(yàn)造成一定的不便。
  在S2#節(jié)流錐試驗(yàn)過程中及后正式發(fā)電投入運(yùn)行時(shí)，用戶評(píng)價(jià)：噪聲明顯減小，振動(dòng)微弱。
5.現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步判斷
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見表二和表三：
表二             現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果（一）

注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開程為28mm。3)調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89mm。
由表二可知，出口閥開度從全開到1/2開時(shí)，減壓閥的出口壓力變化很小，不影響機(jī)組運(yùn)行。此時(shí)通過減壓閥的水流噪聲有較大降低。
表三             現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果（二）

1. 品名、型號(hào)規(guī)格、數(shù)量、價(jià)格.      

注：1)符號(hào)同表一。2)減壓閥主閥全開程為28mm。3)帶*號(hào)的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為63mm，是當(dāng)前的發(fā)電投運(yùn)狀態(tài)。其余的調(diào)節(jié)桿預(yù)壓高度為89mm。
對(duì)比表二和表三，可以發(fā)現(xiàn)：
1)當(dāng)出口壓力調(diào)高后，水流噪聲降低約6～7 dB。
2)在表二中，出口閥開度變化后，水流噪聲從110.0 dB降到91.0 dB，降幅為19 dB；在表三中，水流噪聲則從111.0 dB降到88.5 dB，降幅為22.5 dB。
3)試驗(yàn)完成后，應(yīng)電站要求，將ZJY46H-40C DN150減壓閥的P2值整定為0.7MPa,調(diào)節(jié)出口閥K3滿足兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的流量要求。即時(shí)工況的噪聲為89.5dB。
五 綜合分析
  一般來說，減壓閥的水流噪聲與水通過節(jié)流錐產(chǎn)生的渦流直接相關(guān)，而渦流與節(jié)流錐的幾何形狀、附近的流道及流速有關(guān)，而流速又與節(jié)流錐的開度和前后壓力差有關(guān)。
選擇合理的節(jié)流錐形狀，可以減小流阻系數(shù)及相應(yīng)的渦流影響；增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量，可以增加水的流量而降低通過節(jié)流錐過流面的流速（實(shí)際上是流阻損失減少）。通過這種方式，我們可以有效降低減壓閥的水流噪聲。
六 結(jié)論
1)S2#節(jié)流錐對(duì)降低減壓閥的水流噪聲是有效的。
2)S2#節(jié)流錐的穩(wěn)壓性能是可靠的。
3)輔以增加主閥調(diào)節(jié)桿的預(yù)壓量對(duì)降低減壓閥的水流噪聲也是可行的。
七 進(jìn)一步改進(jìn)思考
1)主閥節(jié)流錐的幾何形狀仍可考慮進(jìn)一步優(yōu)化。
2)節(jié)流錐附近的流道今后可以考慮改進(jìn)。
3)過流面易氣蝕和沖蝕處可以考慮選擇更好的耐磨材料。

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