低噪声阀门设计原理及阀门噪声控制

麻晓荣 马尚才

(大众阀门集团能源股份有限公司，浙江 温州 325105)

1 低噪声阀门设计思路

首先，需要优化阀门的结构，设计人员在设计阀门结构的过程中，而阀门结构通畅性达不到保障的情况下，就极其容易发生障碍物堵塞的现象，进而引起噪声的产生；其次，需要对阀门的零件进行优化，在设计阀门结构的过程中，为了能够降低气体紊流现象发生的概率，设计人员可以将带有平行窄槽的阀笼投入其中进行使用，这样就可以很好地控制由于气体动力而出现的噪声。为了能够降低阀门中的噪声传播，设计人员可以设置能够减弱阀门噪声传播的设施。通过对阀门的运行环境进行分析，发现阀体壁和流体是阀门噪声传播的主要途径。

2 振动和噪声特性

静流元件对阀门振动噪声影响很大。无静流元件的阀门具有中低压比时，阀门的压力比与阀门震动和噪声的水平高低是成正反比的，压力越大，阀门的震动速度就会越小。而静流元件对于降低阀门震动和噪声水平有着非常重要的作用，运用完静流元件之后，发现最大的震动速度降低了18mm/s。而在高压比比较高的状况下，阀门振动速度也得到了降低。通过相关分析表明，在没有运用静态流量元件的过程中，阀头和阀座组成的环形通道中，极其容易发生阀流量，而在这种现象下阀座内的流场逐渐地不稳定。而在安装完静流量元件之后，静流量原件就完全地吸收了阀门流量，阀座内的流场也不会出现不稳定的现象，同时噪声和震动的现象也可以得到缓解。但是，在这种情况下，如果静态流元素的开口比较小，而壁厚又比较大的情况下，阀门的压力就会逐步消失。(1)阀门的相对升降需要进行一定的控制，当相对升降达到30%的情况下，阀门就会处于完全打开的状态。而静流量元件对于这种现象具有较好的调节作用，阀门的流量特性曲线线性就可以处于较好的状态，但是阀门流量的能力就会随之得到降低，在这种情况下，空气损失是比较大的。(2)用静流量元件安装球阀后，当小压力降低时，阀门的振动特性比未安装静流量元件时明显降低，整个阀门显示出较好的减振效果。

3 阀腔声共振分析

在阀门出入口的另一端设置声监测点，将无流量和无声源与阀门内白色噪声表面进行比较，同一阀门监测点处的声压谱曲线和线谱频率重叠。(1)通过相关数值模拟确认所用的小孔消声装置的主要降噪机理：将原阀中形成的单组高速射流分离，将带有小孔消声装置的改进阀与每个流动方向上的每个孔分离。(2)原有阀和改进阀的输入输出噪声谱是具有多个绝缘线路谱的连续宽带谱，连续带宽谱强度根据湍流脉冲谱特性从低频到高频减小。绝缘线路频谱是阀门腔声共振引起的，在声共振频率下，宽带流量噪声是“采集”的，得到了显著改善。事实上，全阀噪声的声级总大小是由不同绝缘线路频谱的高度决定的，本文还通过控制流量噪声的共振，给出了思路和方法，从而降低噪声。随着流速的增加，每种频率(尤其是高频段)的声音强度都会增加。(3)为了确定流量噪声源及其形成机理，应结合这些分析，对阀门流量主要噪声源的位置和形成机理进行深入分析，特别是通过q值和r值的分布以及POD流模式分析，实现匹配。为便于实施机构分析和相关声源定位，设计了用于显示Lighthill等效声源分布的嵌入式fluent模块和用于POD分析的集成Matlab模块，以验证其是否适合。

4 阀门试验台振动与噪声消除方法

在阀门试验台一旦出现震动和噪声的现象下，相关工作人员需要根据原因进行及时地操作。下面我们将详细地分析阀门试验台震动与噪声消除的方法：(1)液压泵的结构参数和吸气线需要相关设计人员给予较强的重视，在进行结构设计的过程中，尽可能地减少管道狭窄和弯曲的现象发生，否则将会导致产生低压区。同时在实际运用阀门实验台的过程中，液压泵和进气管必须合理设计，避免“空气堵塞”。(2)在选择材料的过程中也要根据实际施工状况进行选择，不断地提升机械的强度，从而达到提升阀门实验台质量的目的。在选择液压泵和液压马达材料过程中，良好的材料可以有效地防止磨削、刮削、齿面修剪、活塞死亡和不规则运动的发生。(3)当关闭板两侧的排气槽打开时，当封闭腔体积减小时，左侧的排气槽连接到机油压力室；音量增大时，右侧的排气孔与吸油腔相连。(4)提高零件安装的精度，降低阀门试验台的振动与噪声也是非常有效的。如果在进行安装的过程中没有加以重视，那么液压马达的质量就会受到影响，进而就会加大阀门试验台的噪声和震动。只有重视液压泵和液压马达不加安装的精度，阀门试验台的安装质量才能够得到提升，阀门试验台的震动和噪声发生的现象也会得到缓解。(5)选择质量优等的阀门。(6)液压泵和阀门在管上的位置也需要设计师给予一定的重视，只有合理地安排好这两者的位置，并按照相关的规定标准进行工作，阀门实验台的质量就会得到提升。

5 实验结果分析

气动控制阀最常见的故障是控制阀、气动执行器、定位器和外部故障。可根据噪声信号的统计特性检测气动调节阀故障，自动相关功能中断点确定故障发生的时间，完成气动调节阀故障检测。气动调节阀正常工作时，气动调节阀的输入信号以正弦信号开始，以常数0.5开始。1800s，以更大的正弦信号结束。当气动控制阀锁定900s时，杠杆的位移也变为0.5的常数。因此，如果直接观察过程信号，就会出现检验损失，错误地认为故障状态下的调节阀仍在工作，无法发出预警。基于噪声的故障检测分析能够检测到这些故障，这些故障可以通过与调节阀内部结构相关联的工艺噪声以及控制阀结构及其工艺噪声的变化来检测。一些噪声特性可用于故障检测。从统计角度看，提取噪声信号的自相关功能特性可用作故障检测的特征值。噪声分析的最大好处是成本低，适合于工业场所的实时诊断。

6 结语

在流体管路的整个系统中，阀门是其中最重要，也是最普通的一个控制单元，特别是在工业与生活中被广泛地应用，阀门主要是控制管路内流体的压力、流量和流向。所以，阀门的设计和制造工作是非常重要的，是否能够控制好整体结构以及流动损失是阀门的主要表现形式。如果阀门在开启和关闭的情况下流体经过阀门，那么流体的流动状态就会受到影响，整体的阀门实验台就会逐渐出现噪声、振动等问题，这也是由于阀门内部的结构特点所导致的，这也是阀门容易失控或者损坏的原因。所以，只有不断地控制阀门的特点、优化阀门设计，这样对于控制振动和噪声的发生都是十分有利的。