控制閥噪聲測試

                        控制閥噪聲測試      

                       上海申弘閥門有限公司

之前介紹在線調(diào)節(jié)減壓閥，現(xiàn)在介紹控制閥噪聲測試實驗室內(nèi)測量空氣動力流經(jīng)控制閥產(chǎn)生的噪聲
5. 6.1方法A（外部聲壓測量）
5.6.1.1測量的目的
    為測量控制閥產(chǎn)生噪聲的特性提供一種統(tǒng)一的方法。采用統(tǒng)一的方法來測量控制閥和附屬試驗管道輻射的噪聲，就能夠?qū)Ω鞣N測量結(jié)果進(jìn)行比較。這對用戶和制造廠雙方都是有利的。噪聲指數(shù)是通過確定被試控制閥的聲壓級加以表示的。
5.6.1.2控制閥噪聲測試試驗系統(tǒng)
    試驗系統(tǒng)見圖5 16，包括：
    a)壓力調(diào)節(jié)裝置（任選）；
    b)試驗樣品；
    c)試驗段管道；
    d)取壓孔；
    e)降噪裝置（任選）；
    f)控制聲學(xué)環(huán)境的設(shè)施（聲學(xué)室可任選）；
    g)測量儀表。
    可供選用的試驗裝置方案見圖5-17a）和圖5一17b）。
    (1)壓力調(diào)節(jié)裝置
    上游和／或下游的壓力調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)試驗壓力。應(yīng)注意避免可造成嚴(yán)重的流載噪聲的壓力降，如果無法避免壓力降，建議使用消聲器[見下文(5)如圖5-16所示。流量計的安裝應(yīng)按制造廠的要求。


調(diào)節(jié)閥主要有三種噪音來源：
   （1）自身振動產(chǎn)生的噪音。介質(zhì)流過調(diào)節(jié)閥會對閥芯產(chǎn)生沖刷，使閥芯不穩(wěn)定產(chǎn)生橫向運動甚至與設(shè)備一起產(chǎn)生共振。由于調(diào)節(jié)閥使用中自身的振動是難免的，因此這類噪音的產(chǎn)生也不可避免。安裝時注意盡量將調(diào)節(jié)閥正立安裝于水平管道上減少由于閥芯不穩(wěn)而產(chǎn)生的噪音，通常這類噪音值很小，造成影響不大。
   （2）空氣動力學(xué)噪音。介質(zhì)在流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的縮流斷面時，由于縮流斷面的阻擋使流路突然改變而出現(xiàn)紊流，同時介質(zhì)流速發(fā)生變化，液體的機(jī)械能部分轉(zhuǎn)換為聲能而產(chǎn)生的噪音稱為空氣動力學(xué)噪音。由于調(diào)節(jié)閥在減壓時引起液體紊流不可避免，因此空氣動力學(xué)噪音不能*消除。通常這類噪音值也很小，造成影響不大。
   （3）流體動力學(xué)噪音。流體在調(diào)節(jié)閥中流速過快形成阻塞流。阻塞流是指不可壓縮或可壓縮流體在流過調(diào)節(jié)閥時所達(dá)到的大流量狀態(tài)。在固定的入口條件下，當(dāng)閥前壓力保持一定而逐步降低閥后壓力時，流經(jīng)調(diào)節(jié)閥的流量會增加到一個大極限值，再繼續(xù)降低閥后壓力，流量將不再增加，這個極限流量即為阻塞流。液體阻塞流極易引起閃蒸和氣蝕，同時伴有強(qiáng)噪音產(chǎn)生，通常這種噪音達(dá)100dB左右，造成影響大。
   總之，電動調(diào)節(jié)閥由于自身振動及空氣動力學(xué)原因產(chǎn)生的噪音都很小，并且不可能*消除，通常將調(diào)節(jié)閥的噪音控制至85dB以下，主要是針對流體動力學(xué)噪音。由于液體阻塞流極易引起閃蒸及氣蝕，閃蒸和氣蝕會產(chǎn)生噪音，所以控制噪音就需要想辦法控制阻塞流的閃蒸及氣蝕。


   2 液體阻塞流的閃蒸及氣蝕
   2.1 液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時壓力和流速的關(guān)系
   液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥是液體勢能和動能之間的轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)在外就是壓力和流速之間的轉(zhuǎn)化，即壓力降低，流速增加；壓力增加，流速降低。此過程遵循能量守恒定律，即液體總能量保持不變。
   圖1為液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時壓力和流速間的關(guān)系圖示。圖中P1為閥前液體壓力，P2為閥后液體壓力，V1為閥前液體速度，V2為閥后液體速度，PVC為縮流斷面點處液體壓力。



圖1 液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時壓力和流速間的關(guān)系
   液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥大流道縮頸處前由于調(diào)節(jié)閥的調(diào)壓作用壓力一直降低，流速一直增加。經(jīng)過大流道縮頸處后，流速由于慣性不會馬上降低，會繼續(xù)升高。流束會繼續(xù)變細(xì)收縮，流束的小斷面出現(xiàn)在調(diào)節(jié)閥實際縮頸的下游處，此處稱為縮流斷面點，壓力為PVC?？s流斷面點處流速大，壓力低。經(jīng)過縮流斷面點后，隨著流束擴(kuò)展進(jìn)入更大區(qū)域，流速降低，壓力逐漸升高。由于調(diào)節(jié)閥的背壓，閥后的壓力不會恢復(fù)到閥前壓力，閥門兩側(cè)的壓損ΔP表示液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥時消耗的能量ΔP=P1－P2。
   2.2 阻塞流發(fā)生閃蒸的機(jī)理
   如果縮流斷面處的壓力PVC降到液體的飽和蒸汽壓力PV以下并且調(diào)節(jié)閥的出口壓力P2沒有恢復(fù)到液體的飽和蒸汽壓力PV之上（即PVC＜PV及P2＜PV），那么就會產(chǎn)生大量泡沫并保持在閥門的下游，這種現(xiàn)象為閃蒸。閃蒸工況伴有較大噪音產(chǎn)生。阻塞流發(fā)生閃蒸見圖2。圖中PV為流體的飽和蒸氣壓力。



圖2 阻塞流發(fā)生閃蒸示意圖
   對一固定的液體，在溫度一定的情況下，其飽和蒸汽壓力為一定值。當(dāng)壓力大于其飽和蒸汽壓力時，液體為液態(tài)；當(dāng)壓力低于飽和蒸汽壓力時，液體為汽態(tài)；當(dāng)壓力等于飽和蒸汽壓力時，液體為汽、液共存兩態(tài)。
   2.3 阻塞流發(fā)生氣蝕的機(jī)理
   如果縮流斷面處的壓力PVC降到液體的飽和蒸汽壓力以下并且調(diào)節(jié)閥的出口壓力P2恢復(fù)到高于其液體的飽和蒸汽壓力PV（即PVC＜PV及P2＞PV），就會有大量的泡沫產(chǎn)生并爆炸，這種現(xiàn)象為氣蝕。通常氣蝕工況比閃蒸工況產(chǎn)生的噪音更大。阻塞流發(fā)生氣蝕見圖3。



圖3 阻塞流發(fā)生氣蝕示意圖
   3 調(diào)節(jié)閥的噪音控制
   3.1 閃蒸工況調(diào)節(jié)閥的噪音控制
   上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥阻塞流流經(jīng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生閃蒸時，下游產(chǎn)生的氣泡會對調(diào)節(jié)閥的閥芯產(chǎn)生沖刷，受沖刷的閥芯表面會有平滑拋光的外形，此過程伴有大的噪音產(chǎn)生。
   從調(diào)節(jié)閥發(fā)生閃蒸的機(jī)理（PVC＜PV及P2＜PV）看，閃蒸是不能消除的，只能想辦法降低閃蒸對調(diào)節(jié)閥的危害，從而降低噪音。常用的方法是對被沖刷區(qū)域的材質(zhì)進(jìn)行表面硬化處理，表面硬化處理的方法包括三種：
   （1）將閥座及閥芯表面進(jìn)行噴涂處理，可噴涂碳化鎢、碳化鉻或斯泰萊等硬質(zhì)合金來提高受沖刷部位的硬度。
   （2）將閥座及閥芯表面進(jìn)行堆焊處理，通常堆焊斯泰萊以提高受沖刷部位的硬度。
   （3）將閥座及閥芯表面進(jìn)行滲氮處理，提高其表面硬度和耐磨性、耐腐蝕性。
   通過對調(diào)節(jié)閥表面硬化處理可提高調(diào)節(jié)閥硬度，增強(qiáng)調(diào)節(jié)閥抗閃蒸“沖刷”的能力，相應(yīng)的噪音也會降低5～10dB。為進(jìn)一步降低噪音，可以配合使用的方法有：①提高管道壁厚或在管道壁加隔音層。相同口徑的調(diào)節(jié)閥，其管道壁厚每增加一級，測得的噪音值可降低約2dB；②管道外加隔音層實質(zhì)也是增加管道壁厚減少噪音向環(huán)境傳遞的一種措施；③在調(diào)節(jié)閥后加裝在線消音器，在線消音器可以吸收部分聲音能量，并且在閥后形成背壓，可有效降低噪音值約25dB。
   3.2 氣蝕工況調(diào)節(jié)閥的噪音控制
   阻塞流流經(jīng)調(diào)節(jié)閥發(fā)生氣蝕時，產(chǎn)生的氣泡在接觸閥門的部位破裂，氣泡破裂釋放的能量會慢慢地撕裂材料，并在與調(diào)節(jié)閥接觸的部位留下類似于煤渣的粗糙表面。此過程會產(chǎn)生如同砂石流過調(diào)節(jié)閥時發(fā)出的噪音。
   氣蝕有兩種方法來控制：*種是*防止氣蝕發(fā)生；第二種是不能防止氣蝕發(fā)生，只是有效降低其危害。
   3.2.1 *防止氣蝕發(fā)生
   有三種方法可以達(dá)到*防止氣蝕發(fā)生。
   （1）選用低恢復(fù)的調(diào)節(jié)閥。從氣蝕發(fā)生的機(jī)理（PVC＜PV及P2＞PV）看，如果選用的閥門PVC＞PV，就可以避免氣蝕的發(fā)生。通常低恢復(fù)的調(diào)節(jié)閥可以做到這點。
   恢復(fù)系數(shù)Km高的閥稱為低恢復(fù)閥。恢復(fù)系數(shù)Km低的閥稱為高恢復(fù)閥。每種類型的閥都有自己的Km值，恢復(fù)系數(shù)Km是用于衡量縮流斷面處壓力PVC和閥門出口壓力P2之間的壓力恢復(fù)尺度的一個值，其計算公式為：
 
   由此公式可看出，（P1－P2）不變時PVC升高，則Km升高，所以合理選用高Km值（即低恢復(fù)）的調(diào)節(jié)閥使PVC＞PV，可避免氣蝕發(fā)生。同理高恢復(fù)閥，指恢復(fù)系數(shù)Km低的閥，不適合應(yīng)用于氣蝕的工況。通常球形閥，流開角形閥都是低恢復(fù)閥，適宜在有氣蝕的工況選用；而球閥、蝶閥都是高恢閥，不適宜應(yīng)用于氣蝕工況。
   （2）采用具有高壓多級減壓內(nèi)件的調(diào)節(jié)閥。
   這種調(diào)節(jié)閥內(nèi)件具有將通過閥門的壓降分成數(shù)個較小的壓降和確保每個較小壓降上PVC＞PV的用，從而可以防止氣蝕的產(chǎn)生。由于多級減壓分散了流束功率，因此降低了聲音轉(zhuǎn)化的效率。
   （3）增加具有背壓裝置的限流孔板分壓，確保閥上的PVC＞PV，防止氣蝕的產(chǎn)生。由于增加了背壓裝置，使聲音頻譜發(fā)生部分轉(zhuǎn)移，達(dá)到降低噪音的目的。
   3.2.2 不能防止氣蝕發(fā)生，只是有效降低其危害。
   （1）將接觸氣蝕氣泡的閥內(nèi)表面與氣泡隔離開，并硬化處理會受到氣蝕沖擊的閥芯及閥座面，同時在閥體出口處加襯套管來保護(hù)受氣蝕沖擊的部位。閥體出口處加襯套管作為補(bǔ)充的閥體設(shè)防止了液體在閥體內(nèi)壁上的沖撞，保護(hù)了調(diào)節(jié)閥受沖刷部位，同時減弱了部分噪音。
   （2）閥后加消音器來分壓及分噪音。這種方法實質(zhì)是將氣蝕工況轉(zhuǎn)化為閃蒸工況來處理，所應(yīng)用中需同時對閥內(nèi)件做硬化處理以保護(hù)調(diào)節(jié)閥。
  系統(tǒng)組件：
  1——壓力源；
  2-上游節(jié)流閥（如有必要）；
  3 流量測量裝置（位置任選）；
  4-上游在線消聲器（如有必要）；
  5-溫度測量裝置；
  6-壓力測量裝置；
  7-試驗樣品；
  8  試驗段管道；
  9——下游在線消聲器（如有必要）；
  10 -下游節(jié)流閥（妻¨有必要）；
  11-聲學(xué)環(huán)境（試驗室）（注）；
  12 -聲級傳感器（注）。
  注：聲級傳感器（第1 2項）和聲學(xué)環(huán)境（第11項）的設(shè)置見圖5-17a)和圖5-17b)。
    圖5-16控制閥噪聲試驗——系統(tǒng)組件


    (2)試驗樣品
    試驗樣品和試驗段應(yīng)不隔音。可以分開進(jìn)行試驗以確定管道和／或閥的隔音的影響。
   (3)試驗段管道
    試驗樣品上、下游連接管道的大長度沒有限制。暴露在聲學(xué)環(huán)境中的上游或下游管道應(yīng)采用不設(shè)法蘭、環(huán)形接頭或其他管壁加強(qiáng)件的單體結(jié)構(gòu)，其長度至少為2m。在測試上游或下游噪聲時，上、下游管道均應(yīng)按此規(guī)定。
    應(yīng)盡可能減小試驗樣品入口和出口直徑與鄰接管道內(nèi)徑之間的失配程度。
    應(yīng)使用不隔音的管道。管壁厚度和管道材料應(yīng)在試驗數(shù)據(jù)中注明。
    (4)取壓孔
    應(yīng)具備測量壓力的取壓孔。取壓}L應(yīng)符合IEC 60534-2-3的要求。
    (5)聲學(xué)環(huán)境
    應(yīng)將試驗環(huán)境控制在使背景噪聲、反射噪聲和其他外來噪聲比試驗段輻射的噪聲至少低10 dB。根據(jù)試驗系統(tǒng)聲學(xué)環(huán)境的具體情況，上游或下游可能需要使用消聲器。有關(guān)聲學(xué)環(huán)境的一般要求見GB/T 3767-1996和GBjT 6882-2008。出現(xiàn)外來噪聲時不得修正聲壓級。
    (6)測量儀表
    測量聲壓級的儀表應(yīng)符合GB／T 3785.1-- 2010中l(wèi)級或2級的規(guī)定。聲級汁的特性應(yīng)符合GB/T 3785.1-2010中表2（A加權(quán)）的規(guī)定。
    聲級計的校正或靈敏度測試的結(jié)果應(yīng)按海平面條件加以修正。
    電子記錄設(shè)備、計算機(jī)等其他儀表造成的測量誤差不得超過±1 dB。
5.6.1.3試驗程序
    (1)試驗流依
    本試驗程序優(yōu)先采用空氣作為試驗流體。但也可以用其他壓縮流體取代空氣。流體
應(yīng)足夠干燥，以保證可能發(fā)生的結(jié)冰不至于影響試驗結(jié)果。除了需要取得使用飽和蒸汽的
試驗數(shù)據(jù)外，不可用飽和蒸汽作試驗流體。
    (2)聲級傳感器的位置
    聲級傳感器應(yīng)放置在距近的管道表面Im處。與下游試驗管道外露段的起端少應(yīng)間隔Im，且應(yīng)不少于試驗樣品出口下游管道公稱管徑的6倍[見圖5-17a)和5-17b）注]。聲級傳感器相對于管道的方向應(yīng)符合聲級傳感器制造廠的要求。
    (3)放空試驗的限制條件
    放空試驗的結(jié)果主要用于模擬穩(wěn)態(tài)下的結(jié)果。在采用放空法進(jìn)行試驗時，應(yīng)限制放空速率，使獲取聲學(xué)數(shù)據(jù)的時間間隔至少是聲學(xué)儀器響應(yīng)時間的10倍。應(yīng)進(jìn)一步限制放空速率，以確保在獲取聲學(xué)數(shù)據(jù)時入口壓力下降不超過大人口壓力的2%。
    (4)試驗數(shù)據(jù)的度
    流量、壓力、行程和溫度測量的度應(yīng)符合IEC 6053-1-2-3的規(guī)定。
    (5)試驗數(shù)據(jù)
    應(yīng)記錄試驗樣品和試驗裝置的下列各項數(shù)據(jù)和說明：
    單位
    ①上游壓力 kPa或bar
    ②差壓和／或下游壓力 kPa或bar
  系統(tǒng)組件：
  5——溫度測量裝置；
  6-壓力測量裝置；
  7-試驗樣品；
  8-試驗段管道（注3）；
  11——聲學(xué)環(huán)境（試驗室）；
  12-聲級傳感器（注2）。
  注1：D為出口管道的公稱管徑，單位為毫米。
  注2：聲級傳感器置于距管道外表面Im處，與接近的試驗室表面的間距不小于0．；m。
  注3：試驗室內(nèi)的試驗段管道應(yīng)是無法蘭、環(huán)形接頭或其他管壁加強(qiáng)件的連續(xù)管道。
  注4：對于150 mm和以下的樣品，小1 0 m，大3 0m。150 mm以上的樣品，小應(yīng)保持6D，
    大保持20D(詳見5 6 1 3)。
    b)試驗樣品在聲學(xué)環(huán)境內(nèi)
    續(xù)圖5-17
    應(yīng)記錄180 Hz（250 Hz倍頻帶或200 Hz 1／3倍頻帶中心頻率）至22 400 Hz
（16 000 Hz倍頻帶或20 000 Hz 1／3倍頻帶中心頻率）頻率范圍內(nèi)的“A”加權(quán)聲壓級和l／3倍頻帶或全頻帶分析。經(jīng)過“A”加權(quán)的所有測量結(jié)果均應(yīng)標(biāo)明dB(A)。
    ⑧試驗樣品的說明至少包括：
    a)閥的公稱尺寸
    b)管接件的說明
c)流動方向的說明
d)額定流量系數(shù)C(K?；駽。)
e)額定行程／轉(zhuǎn)角
各不相同（見IEC 60534—1）
⑨試驗裝置的說明，包括：
  a)管道和儀表連接示意圖
  b)公稱管徑和管壁厚度
  c)管道材料
  由環(huán)境試驗箱的說明（若適用）
  e)試驗裝置尺寸簡圖
⑩試驗流體的說明，包括下列之一
  a)分子的質(zhì)量
  b)密度
⑧儀表的說明
    ⑥聲級傳感器的位置
    ⑩試驗行程上的流量系數(shù)C（K，或C，）    各不相同（見IEC 60534-1）
    ⑩阻塞流條件下無管接件控制閥的壓差比系數(shù)/T  量綱為1
    ⑩阻塞流條件下帶管接件控制閥的壓差比系數(shù)XTP  量綱為1
    ⑩管道幾何形狀系數(shù)F。    量綱為1
    ⑩與本部分的差異
    注：體積流量指在大氣壓力為101. 325 kPa(l. 013 2 5 bar)，溫度為?！娴恼顟B(tài)下大氣壓力為
    325 kPa(l. 013 25 bar)，溫度為1S．6℃的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量，單位為立方水每小時(m
    (6)度
    本方法的整體度限制在±3 dB范圍內(nèi)。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：PLC控制智能電動調(diào)節(jié)閥