調(diào)節(jié)閥工作過(guò)程中普遍存在著噪聲，這是調(diào)節(jié)閥內(nèi)在的紊流和能量吸收所引發(fā)的現(xiàn)象。從近代工業(yè)史看，工廠里消除噪聲的損害已經(jīng)是一個(gè)主要的問(wèn)題。美國(guó)《職業(yè)**與健康法規(guī)》(OSHA)對(duì)所有企業(yè)明確規(guī)定了*大容許的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。由于噪聲給人們正常的生產(chǎn)和生活造成了**的影響， 因而噪聲治理勢(shì)在必行。

　　2噪聲源分析

　　調(diào)節(jié)閥運(yùn)行環(huán)境中的主要噪聲為機(jī)械振動(dòng)噪聲、液體動(dòng)力噪聲和氣體動(dòng)力噪聲。

　　2.1機(jī)械噪聲

　　機(jī)械噪聲主要來(lái)自于閥桿的振動(dòng)。閥門(mén)零部件的振動(dòng)是介質(zhì)壓力在閥體內(nèi)任意波動(dòng)，或是流體沖擊易活動(dòng)和易變形零部件的結(jié)果。機(jī)械振動(dòng)*常見(jiàn)的噪聲源就是閥桿相對(duì)于導(dǎo)向面的橫向運(yùn)動(dòng)。這種振動(dòng)形式所產(chǎn)生的噪聲頻率一般小于1500Hz，常常被描述成金屬響聲。在這種情形下，導(dǎo)致了閥桿以及與之配合的導(dǎo)向面的機(jī)械性破壞。

　　另一種???械噪聲源是共振。如果振動(dòng)的頻率與結(jié)構(gòu)的固有頻率相接近或相同時(shí)，便產(chǎn)生共振。共振引起一個(gè)頻率在3000～7000Hz之間的噪聲共鳴。共振不僅產(chǎn)生很大的機(jī)械噪聲，而且*終導(dǎo)致振動(dòng)零部件的疲勞破壞。在固有頻率下容易振動(dòng)的閥門(mén)部件有柱塞式閥瓣、圓筒形薄壁窗口式閥瓣、柔性金屬密封件等等。由閥門(mén)零件振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲常常是次要的，甚至是有益的。因?yàn)樗芫嫒藗儗?dǎo)致閥門(mén)損壞的機(jī)械振動(dòng)的存在，從而通過(guò)優(yōu)化閥門(mén)設(shè)計(jì)，消除大多數(shù)閥門(mén)零件由機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。大多數(shù)新型調(diào)節(jié)閥都采用套筒式導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和更小間隙的配合來(lái)消除機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題。

　　2.2液體動(dòng)力噪聲

　　液體動(dòng)力噪聲是由于液體流動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的氣蝕或稱(chēng)空化現(xiàn)象引起的，這是一個(gè)主要的噪聲源。當(dāng)閥門(mén)內(nèi)部某一點(diǎn)的靜壓低于或等于液體的飽和蒸汽壓時(shí)，在液體內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生氣泡。當(dāng)飽和蒸汽泡流動(dòng)到壓力高于飽和蒸汽壓的下游時(shí)，隨即爆破?？焖倨屏旬a(chǎn)生極強(qiáng)的沖擊力，致使閥門(mén)內(nèi)部或管道壁嚴(yán)重?fù)p壞，并且達(dá)到較高的噪聲級(jí)，一般可達(dá)到115dBA。氣蝕的破壞性大大縮短了閥門(mén)的使用壽命。所以使用專(zhuān)門(mén)特殊設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)組件來(lái)預(yù)防或治**蝕現(xiàn)象是必要的。

　　2.3氣體動(dòng)力噪聲

　　氣體動(dòng)力噪聲是由氣體、蒸汽和飽和蒸汽的調(diào)節(jié)造成紊流現(xiàn)象而產(chǎn)生的。這種噪聲能在2in（50mm）范圍內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)至少20MPa的壓力降。氣體動(dòng)力噪聲的主要來(lái)源是紊流流動(dòng)時(shí)所形成的巨大沖擊力。而氣體流動(dòng)受阻，高速氣體的迅速膨脹和突然減速，及流動(dòng)蒸汽方向的改變等都能造成紊流現(xiàn)象。氣體動(dòng)力噪聲是調(diào)節(jié)閥*主要的噪聲問(wèn)題，其頻率一般為1000～8000Hz。由于大部分的能量能夠轉(zhuǎn)變成不損害閥門(mén)的氣體動(dòng)力噪聲。在過(guò)去趨向于僅將閥門(mén)工作時(shí)的噪聲之外的噪聲當(dāng)作有害的，所以未引起人們足夠的重視。今天隨著對(duì)環(huán)境問(wèn)題包括噪聲問(wèn)題的重視，對(duì)特定環(huán)境的閥門(mén)所允許發(fā)出的噪聲級(jí)做了規(guī)定。噪聲的治理是一個(gè)環(huán)境治理問(wèn)題。而且OSHA法規(guī)已經(jīng)根據(jù)調(diào)節(jié)閥噪聲對(duì)環(huán)境的影響規(guī)定了*高噪聲限值。研究表明當(dāng)噪聲級(jí)超過(guò)所規(guī)定的限值，大約達(dá)到110dBA時(shí)能導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥零件以及與之相連管道的機(jī)械性破壞。

　　3噪聲的預(yù)估

　　快速有效地噪聲預(yù)估技術(shù)常常應(yīng)用于閥門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程中。噪聲衰減設(shè)備和技術(shù)非常有利于噪聲級(jí)的減小。預(yù)估技術(shù)考慮了調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生噪聲的有關(guān)流動(dòng)參數(shù)。如壓差、流動(dòng)系數(shù)、閥門(mén)幾何形狀、相鄰管道尺寸和下游壓力等?；镜念A(yù)估技術(shù)是將每一個(gè)噪聲級(jí)累加得到總的噪聲級(jí)。即

　　S = SΔP+ΔScg+ΔSΔP/P1+ΔSk+ΔSP2
　　式中　
      S ———與閥門(mén)相關(guān)的特定點(diǎn)處(調(diào)節(jié)閥安裝位置下游1m 處)的總噪聲，dBA
　　SΔP ———在聲壓級(jí)基礎(chǔ)上而確定的一種壓差函數(shù)， dBA
　　ΔScg ———流動(dòng)系數(shù)所產(chǎn)生的噪聲累加值， dBA
　　ΔSΔP/ P1 ———受壓差變化率影響的噪聲修正數(shù)， dBA
　　ΔS k ———受管道尺寸等影響的噪聲修正數(shù)， dBA
　　ΔS P2 ———受下游壓力P2 影響的噪聲修正數(shù)， dBA

　　閥門(mén)壓差是噪聲產(chǎn)生所需能量的主要來(lái)源（圖1）。而在節(jié)流件總流通面積相同的情況下，節(jié)流孔的數(shù)量和形狀對(duì)噪聲級(jí)影響很大（圖2）。因?yàn)橐后w通過(guò)節(jié)流孔的流速與節(jié)流孔面積成比例關(guān)系，節(jié)流孔所產(chǎn)生的噪聲能量與節(jié)流面積的平方成比例。如果單孔節(jié)流件產(chǎn)生90dBA的噪聲，那么與其有著相同流通面積的雙孔節(jié)流件的每一小孔將產(chǎn)生84dBA的噪聲。所以單孔節(jié)流件產(chǎn)生的噪聲往往高于雙孔節(jié)流件。另外，閥門(mén)的種類(lèi)，調(diào)節(jié)件的形式和流動(dòng)方向也都嚴(yán)重影響著由壓差變化率所產(chǎn)生的噪聲。但是，管道尺寸等因素所產(chǎn)生的噪聲能夠被吸收掉，所以不能傳到環(huán)境當(dāng)中。當(dāng)提高下游壓力P2時(shí)，必然得提高管道壁的強(qiáng)度即增加厚度，從而減少了傳送到工作環(huán)境中的噪聲。

圖1 調(diào)節(jié)閥壓差與噪聲的關(guān)系

   （a）單孔節(jié)流件            （b）雙孔節(jié)流件

圖2 節(jié)流件幾何形狀對(duì)噪聲的影響

　　與總噪聲S有關(guān)的各項(xiàng)參數(shù)必須在預(yù)估噪聲之前確定出來(lái)。盡管這種計(jì)算方法似乎很麻煩，但是對(duì)于閥門(mén)的設(shè)計(jì)和噪聲的預(yù)估有著極其重要的用處。　　

　　4噪聲治理

　　噪聲治理技術(shù)分為聲源處理法和聲路處理法2 種。

　　4.1聲源處理法

　　聲源處理法是通過(guò)改變節(jié)流孔的形狀減低噪聲的，例如在套筒上開(kāi)槽等。這種開(kāi)槽套筒具有可互換性，常見(jiàn)于大多數(shù)球閥的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)件（圖3），套筒上應(yīng)用許多狹窄而平行的孔縫設(shè)計(jì)使湍流*小，并且在閥門(mén)膨脹區(qū)的速度分布理想化。當(dāng)壓差ΔP與入口壓力P1 的比值即ΔP/ P1≤0165 時(shí)，或是下游*大流速等于或小于音速的1/2時(shí)，這種孔縫式套筒是*有效的噪聲治理方法，其所產(chǎn)生的噪聲級(jí)要比一般調(diào)節(jié)件減小約15dBA。

圖3 孔縫式套筒

　　當(dāng)ΔP/ P1>0.165時(shí)，孔縫式套筒便失去了作用。在這種高壓差情況下可以采用擴(kuò)容器與孔縫式套筒調(diào)節(jié)件組合法（圖4），將總壓差分成2級(jí)調(diào)節(jié)，能提高流通能力并且改善噪聲的性能。擴(kuò)容器提供了一個(gè)固定的限制區(qū)域，增加了閥門(mén)后壓力而且減小了流速。同時(shí)，降低了通過(guò)閥門(mén)的壓差和壓差變化率。擴(kuò)容器允許開(kāi)槽套筒式調(diào)節(jié)件保持在其*有效率的壓差變化率范圍之內(nèi)。如美國(guó)FISHER公司生產(chǎn)的型號(hào)為6010和6011擴(kuò)容器與開(kāi)槽式套筒調(diào)節(jié)件一起使用，能降低噪音約20dBA。　

圖4 組合式調(diào)節(jié)件　

　　當(dāng)壓差變化率很大時(shí)，可使用諸多小孔節(jié)流的調(diào)節(jié)件（圖5）。將總壓差分成一步或更多步減壓。介質(zhì)從下部流入套筒再?gòu)奶淄矀?cè)面上的許多小孔流出。套筒的性能與這些小孔的孔距和分布有著密切的關(guān)系，它們能減少紊流和渦流現(xiàn)象的產(chǎn)生。在許多涉及高壓差的場(chǎng)合，一般都在套筒外再安裝一個(gè)低噪聲板。低噪聲板作為流體從套筒噴射而出的出口，更進(jìn)一步地減少了紊流現(xiàn)象。這種多孔節(jié)流的套筒調(diào)節(jié)件能降低調(diào)節(jié)閥的噪聲約30dBA。當(dāng)*大的下游流速達(dá)到或小于013倍的音速時(shí)，這種多孔節(jié)流方式是*為行之有效的降噪聲方法。

圖5 小孔節(jié)流調(diào)節(jié)件

　　對(duì)于調(diào)節(jié)閥在高壓差變化率狀態(tài)下工作時(shí)，可以采取將總壓差分配在調(diào)節(jié)閥和安裝在閥門(mén)下游的低噪聲擴(kuò)散板之間的方法，能非常有效地降低噪聲。為了*優(yōu)化擴(kuò)散板的效力，必須設(shè)計(jì)一個(gè)安裝位置，使得閥門(mén)和擴(kuò)散板產(chǎn)生相同的噪聲標(biāo)準(zhǔn)。另一種常引起噪聲問(wèn)題的情形是排放孔。由于高壓差和出口高流速的影響，調(diào)節(jié)系統(tǒng)通向大氣的出口一般都是很嘈雜的。一般的做法是在出口使用消音器，將總壓差分在出口和上游的調(diào)節(jié)閥之間。適當(dāng)大小的出口消音器與閥門(mén)組合在一起能降低系統(tǒng)總噪聲級(jí)約60dBA。　　

　　4.2聲路處理法

　　聲路處理法就是增加聲路阻抗力以減小傳播到環(huán)境中的聲音能量。其普遍的處理法包括使用厚壁管道、隔音材料和消音器等。只要增加管壁的厚度，就能降低噪聲。例如，將管道加厚，管壁號(hào)由40改為80，能降低噪聲約4dB。調(diào)節(jié)閥附近的噪聲級(jí)可以通過(guò)隔音材料吸收噪聲而降低。隔音材料能吸收大部分即將傳播到空氣當(dāng)中的噪聲。但是，不能吸收任何通往下游的噪聲。每英寸隔音厚度能減小3～5dBA的噪聲，*大可達(dá)12～15dBA。每英寸的覆蓋面能減小8～10dBA噪聲，*大可達(dá)24～27dBA。厚壁管道或外部隔音的聲路處理法是一種經(jīng)濟(jì)有效的消除局部噪聲技術(shù)，但它只對(duì)局部噪聲減小有效。因?yàn)閮H僅靠覆蓋物的方法并不能減小流動(dòng)過(guò)程中的噪聲。

　　消音器是不同于上述處理方法的另一種聲路處理法，它確實(shí)能吸收一部分聲能。所以，能減小環(huán)境和管道的噪聲強(qiáng)度。在氣體傳播系統(tǒng)中，內(nèi)嵌式消音器能有效地消除流動(dòng)區(qū)域的噪聲和消散傳送到固體邊界層的噪聲級(jí)。高流速和高壓差的閥門(mén)出口，內(nèi)嵌式消音器是經(jīng)常使用的*實(shí)際*經(jīng)濟(jì)的噪聲治理方法。使用吸收形式的內(nèi)嵌式消音器能提供幾乎任何理想程度的噪聲衰減。但從經(jīng)濟(jì)方面考慮，一般只減小大約35dBA。

　　液體動(dòng)力噪聲的聲源處理法是直接處理液體，消除或減少氣蝕現(xiàn)象。氣蝕和由此產(chǎn)生的噪聲與破壞現(xiàn)象能在工程設(shè)計(jì)時(shí)期對(duì)工作條件給以適當(dāng)?shù)目紤]，從而得到避免。但是工作條件是固定的，閥門(mén)有可能不得不在產(chǎn)生氣蝕的壓力條件下運(yùn)行。這種情況下，可用多級(jí)節(jié)流的聲源處理法來(lái)治理噪聲。

　　聲路處理法是處**體動(dòng)力噪聲的比較經(jīng)濟(jì)有效的可供選擇的辦法，但一般不用于處理液體動(dòng)力噪聲。這是因?yàn)閷?duì)于調(diào)節(jié)閥零件和管道，氣蝕所造成的物理性破壞要比噪聲所產(chǎn)生的破壞更為嚴(yán)重。但是如果能通過(guò)特殊研制的調(diào)節(jié)件來(lái)消除氣蝕及其造成的破壞，那么聲路處理法便能更進(jìn)一步地減少氣蝕作用所產(chǎn)生的局部噪聲。

      5 結(jié)語(yǔ)

　　噪聲是調(diào)節(jié)閥運(yùn)行過(guò)程中不可避免并普遍存在的問(wèn)題。它有著多種多樣的噪聲源。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，調(diào)節(jié)閥的噪聲治理已經(jīng)是必然趨勢(shì)，本文所提及的大多數(shù)噪聲治理技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于對(duì)工業(yè)環(huán)境中噪聲的預(yù)估和治理。預(yù)估技術(shù)給閥門(mén)行業(yè)敲響了警鐘，在設(shè)計(jì)閥門(mén)過(guò)程中不得不對(duì)噪聲問(wèn)題給予足夠的重視。