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測量結果進行比較。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)控制聲學環(huán)境的設施(聲學室可任選);
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。應注意避免可造成嚴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,液體的機械能部分轉換為聲能而產(chǎn)生的噪音稱為空氣動力學噪音。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)閥時所達到的大流量狀態(tài)。在固定的入口條件下,當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,同時伴有強噪音產(chǎn)生,通常這種噪音達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系
液體流經(jīng)調(diào)節(jié)閥是液體勢能和動能之間的轉化,體現(xiàn)在外就是壓力和流速之間的轉化,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,隨著流束擴展進入更大區(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到閥前壓力,閥門兩側的壓損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。當壓力大于其飽和蒸汽壓力時,液體為液態(tài);當壓力低于飽和蒸汽壓力時,液體為汽態(tài);當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,增強調(diào)節(jié)閥抗閃蒸“沖刷”的能力,相應的噪音也會降低5~10dB。為進一步降低噪音,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
有三種方法可以達到*防止氣蝕發(fā)生。
(1)選用低恢復的調(diào)節(jié)閥。從氣蝕發(fā)生的機理(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。通常低恢復的調(diào)節(jié)閥可以做到這點。
恢復系數(shù)Km高的閥稱為低恢復閥。恢復系數(shù)Km低的閥稱為高恢復閥。每種類型的閥都有自己的Km值,恢復系數(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)的調(diào)節(jié)閥使PVC>PV,可避免氣蝕發(fā)生。同理高恢復閥,指恢復系數(shù)Km低的閥,不適合應用于氣蝕的工況。通常球形閥,流開角形閥都是低恢復閥,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)生部分轉移,達到降低噪音的目的。
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受氣蝕沖擊的部位。閥體出口處加襯套管作為補充的閥體設防止了液體在閥體內(nèi)壁上的沖撞,保護了調(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)是將氣蝕工況轉化為閃蒸工況來處理,所應用中需同時對閥內(nèi)件做硬化處理以保護調(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)和聲學環(huán)境(第11項)的設置見圖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不隔音??梢苑珠_進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。暴露在聲學環(huán)境中的上游或下游管道應采用不設法蘭、環(huán)形接頭或其他管壁加強件的單體結構,其長度至少為2m。在測試上游或下游噪聲時,上、下游管道均應按此規(guī)定。
應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。
應使用不隔音的管道。管壁厚度和管道材料應在試驗數(shù)據(jù)中注明。
(4)取壓孔
應具備測量壓力的取壓孔。取壓}L應符合IEC 60534-2-3的要求。
(5)聲學環(huán)境
應將試驗環(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)聲學環(huán)境的具體情況,上游或下游可能需要使用消聲器。有關聲學環(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。聲級汁的特性應符合GB/T 3785.1-2010中表2(A加權)的規(guī)定。
聲級計的校正或靈敏度測試的結果應按海平面條件加以修正。
電子記錄設備、計算機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
應足夠干燥,以保證可能發(fā)生的結冰不至于影響試驗結果。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間隔Im,且應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
放空試驗的結果主要用于模擬穩(wěn)態(tài)下的結果。在采用放空法進行試驗時,應限制放空速率,使獲取聲學數(shù)據(jù)的時間間隔至少是聲學儀器響應時間的10倍。應進一步限制放空速率,以確保在獲取聲學數(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符合IEC 6053-1-2-3的規(guī)定。
(5)試驗數(shù)據(jù)
應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)的試驗段管道應是無法蘭、環(huán)形接頭或其他管壁加強件的連續(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,小應保持6D,
大保持20D(詳見5 6 1 3)。
b)試驗樣品在聲學環(huán)境內(nèi)
續(xù)圖5-17
應記錄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”加權聲壓級和l/3倍頻帶或全頻帶分析。經(jīng)過“A”加權的所有測量結果均應標明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℃的標準狀態(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)品相關論文:PLC控制智能電動調(diào)節(jié)閥