壓力控制閥振動原因分析

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現在介紹壓力控制閥振動原因分析摘 要：分析了調節(jié)閥振動和噪聲產生的原因，提出了有針對性的改進和防范措施?？刂崎y振動的具體情況壓力控制閥振動時壓力控制整個流程如下：閥門氣缸進氣約j s后，控制閥動作開啟高度達到約0.8 mm，約為總行程的4%；控制閥開啟狀態(tài)下冷流噴淋維持約10s，此時氣缸內壓力約280 kPa;當除氣冷凝器內壓力下降到一定值后，控制闊氣缸排氣，控制閥開始關閉，當氣缸內剩余壓力約230 kPa時，閥門接近全關，開啟高度不足0.2 mm，此時控制閥開始振動，閥桿反彈帶動隔膜壓縮氣缸并導致氣缸內壓力上升，然后氣缸內壓力迅速F降，控制閥也迅速全關，整關閉過程約10 s。2-63332-PCV24控制閥曾關閉耗時約30 s，控制閥劇烈振動，通過儀控手段死區(qū)信號調整，調短關閉時間后振動現象消失，但對于振動的其他控制閥．嘗試調短關閉時間后仍無法解決振動。
    (3)控制閥振動原因分析
    控制閥的結構如圖7-10所示。分析認為，控制閥關閉過程中產生的氣穴進而導致控制閥振動。氣穴是液態(tài)流體經過節(jié)流部位時產生高壓降，局部流體壓力低于飽和蒸汽壓力．形成氣泡，流經節(jié)流部位之后，壓力恢復又導致氣泡內向爆裂，破裂產生的振動波壓力高達600 MPa以上。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥控制閥的振動及振動時閥桿的反彈都說明了閥桿在接近全關位置時突然受到沆體巨大的作用力；而控制閥緩慢關閉。介質正常的流速和壓力變化一般也應處于漸變狀態(tài)，推控制閥密封面后突然出現了嚴重的氣蝕現象，氣泡的產生并破裂導致密封面受到高壓振動瞬間導致閥桿受力上升并產生振動。解體控制閥后發(fā)現閥門密封面出口附近氣

壓力控制閥振動原因分析關鍵字：調節(jié)閥；振動；噪聲；防范措施

1 概述
調節(jié)閥是流體機械（包括電力機械、化工機械、流體動力機械等）中控制通流能力的關鍵部件，其性能和安全性與整個裝置的工作性能、效率和可靠性密切相關。在煉油、石油化工和發(fā)電等工業(yè)生產過程中，經常出現調節(jié)閥的振動、噪聲與閥桿轉動現象，甚至由于振動導致閥桿斷裂等事故也時有發(fā)生，嚴重影響設備的安全和壽命以及操作人員的身心健康?？朔{節(jié)閥振動與噪聲，延長其使用壽命已經引起許多設計制造部門和研究單位的高度關注。
控制閥又稱調節(jié)閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量。控制閥一般由執(zhí)行機構和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構使用的動力，控制閥可以分為氣動、電動、液動三種。下面我們就來說說控制閥會產生振動的原因。
控制閥產生振動時，會使系統(tǒng)管道跳動，附件及元件振松，伴隨產生噪聲，嚴重時甚至 將閥桿振斷，閥座脫落，致使系統(tǒng)無法正常工作，有的甚至根本不能投運。
控制閥產生振動與頻率有關，當外力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率(無阻尼的理想振動頻 率)相同或接近時，外力在整個周期內對系統(tǒng)做正功，受迫振動的能量達到大值，這 種現象稱為共振，此時的外力稱為策動力。
由此可見，產生共振的條件必須是策動力與 系統(tǒng)固有的頻率相等或接近。破壞了這個條件，就破壞了共振，達到消除振動和伴隨噪 聲的目的。那么，能否在系統(tǒng)設計時，通過計算來防止它們頻率相等呢?答案是否定的，因為固有 頻率一般無法計算，只能在實際運行中，發(fā)生共振時加以消除。
需要指出的是，共振本身是一種巧合，不是閥的質量問題。不少人認為是閥造成的，而 不從消除共振上想辦法，這是不對的。以上就是我們?yōu)榇蠹铱偨Y的關于控制閥會產生振動的原因，希望可以幫助到你。
2 原因分析
調節(jié)閥的振動與噪聲根據其誘發(fā)因素不同，大致可分為機械振動、氣蝕振動和流體動力學振動等原因。

2.1 機械振動機
械振動根據其表現形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調節(jié)閥的整體振動，即整個調節(jié)閥在管道或基座上頻繁顫動，其原因是由于管道或基座劇烈振動，引起整個調節(jié)閥振動。此外還與頻率有關，即當外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時受迫振動的能量達到大值、產生共振。另一種狀態(tài)是調節(jié)閥閥瓣的振動，其原因主要是由于介質流速的急劇增加，使調節(jié)閥前后差壓急劇變化，引起整個調節(jié)閥產生嚴重振蕩。
2.2 氣蝕振動
氣蝕振動大多發(fā)生在液態(tài)介質的調節(jié)閥內。氣蝕產生的根本原因在于調節(jié)閥內流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調節(jié)閥開度越小，其前后的壓差越大，流體加速并產生氣蝕的可能性就越大，與之對應的阻塞流壓降也就越小。
2.3 流體動力學振動
介質在閥內的節(jié)流過程也是其受摩擦、受阻力和擾動的過程。湍流體通過不良繞流體的調節(jié)閥時形成旋渦，旋渦會隨著流體的繼續(xù)流動的尾流而脫落。這種旋渦脫落頻率的形成及影響因素十分復雜，并有很大的隨機性，定量計算十分困難，而客觀卻存在一個主導脫落頻率。當這一主導脫落頻率（亦包括高次諧波）在與調節(jié)閥及其附屬裝置的結構頻率接近或一致時，發(fā)生了共振，調節(jié)閥就產生了振動，并伴隨著噪聲。振動的強弱隨主導脫落頻率的強弱和高次諧波波動方向一致性的程度而定。
3 防范措施
從調節(jié)閥的使用和理論分析可以證明，誘發(fā)調節(jié)閥振動和噪聲的因素有很多，這些因素又相互影響，很多都是同時發(fā)生的，這就使調節(jié)閥的減震降噪更加困難，需要結合閥門材質、結構和流體動力學等方面綜合考慮。
3.1 預防機械振動
（1）調節(jié)閥安裝位置應遠離振動源，如不可避免，應采取預防措施。
（2）正確選擇零部件。如果閥瓣快速的忽高忽低的變化，閥門定位器靈敏度又太高，調節(jié)器輸出微小的變化或飄移，就會立即轉換成定位器輸出信號很大，致使閥振蕩。調節(jié)閥的摩擦力太小，外界輸入信號有微小的變化或飄移，會立即傳遞給閥瓣，使其振動。相反，如調節(jié)閥的摩擦力太大，則在小信號時動作不了，信號大時一經動作又產生過大的現象，會使調節(jié)閥產生遲滯性振蕩。遇到這種情況，應當減小調節(jié)閥相應部分的阻尼來解決，如更換填料等。
（3）合理設計閥門結構。為避免閥桿相對于導向套筒表面的側向運動，在高頻振動下產生疲勞斷裂，提高閥門的抗振能力，可將容易承受紊流形式的柱塞節(jié)流結構變?yōu)楣?jié)流罩節(jié)流結構，將懸壁梁*導向方式改成節(jié)流罩導向方式，或采取縮小導向間隙、選用剛性導向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。
3.2 預防氣蝕振動
（1）避免小開度工作。調節(jié)閥開度太小，致使節(jié)流口處流速增大，壓力迅速減小，流體流經閥門很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應避免調節(jié)閥長時間在小開度下工作，同時應盡量減小調節(jié)閥前后壓差。
（2）合理的開車工藝。生產現場的開車工藝對調節(jié)閥的使用情況至關重要，對于工作壓力較高而前后壓差較低的調節(jié)閥更是如此。這是因為調節(jié)閥是根據設計壓差進行選型的，是能保證在設計條件下的正常安全使用。但是生產現場的開車工藝大多都是閥門關閉的情況下，上游管道開始建壓，當閥前壓力達到設計要求時閥門開啟，而此時閥后壓力仍然很小，這就使閥門處在很小的開度、很高的壓差下的工作狀態(tài)，會產生嚴重的振蕩和氣蝕，影響閥門的使用壽命，更有可能損壞閥門。所以現場開車時，應盡量使前后壓力同時建立到設計條件后，快速開啟閥門，保證閥門在設計條件下工作。
（3）多級分配壓降。調節(jié)閥前后壓差不應太大，應合理的選擇閥門的結構形式及合理的進行壓差分配，如果條件允許可以采用多級減壓，避免氣蝕的發(fā)生。
（4）改進結構。若工況系統(tǒng)不宜于多級減壓結構，也可采用節(jié)流套筒的結構，但是套筒的結構和尺寸選擇也要根據實際情況（如介質中是否含有固體顆粒）合理選擇。

3.3 預防流體動力學振動
（1）保證執(zhí)行機構的輸出力。當流體通過調節(jié)閥時，閥瓣在靜壓和動壓的作用下產生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉動，軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調節(jié)閥的不平衡力就是指對直行程的閥瓣所受到的軸向合力。不平衡力直接影響調節(jié)閥的行程位置與執(zhí)行機構信號壓力之間的關系。因此，執(zhí)行機構的輸出力應足以克服不平衡力，以保證調節(jié)質量。
（2）改變流動狀態(tài)。為了防止高速汽流進入閥體后發(fā)生高速旋流，可在調節(jié)閥的閥體腔內加焊一塊擋汽板。
（3）避免產生共振。為克服流體誘發(fā)調節(jié)閥振動，應降低流體旋渦主導脫落頻率的形成概率和湍流體波動壓力場中各波動分量在方向、頻率等一致的概率。

4 結語
調節(jié)閥的結構較為復雜，其內部不穩(wěn)定流動是典型的非定常復雜內流問題。調節(jié)閥的振動和噪聲是受很多因素共同作用而產生的，應充分考慮機械振動、氣蝕振動和流體動力學振動給調節(jié)閥帶來的影響?？梢圆扇『侠碓O計閥門材質和結構、減小閥門前后壓差、多級減壓結構和避免閥門在小開度下工作等減振降噪的常用方法。另外調節(jié)閥的選型也應留有足夠的安全裕量，以便實際工作狀態(tài)改變后有足夠強的工況適應性。與本產品相關論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應用