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技術(shù)文章

調(diào)節(jié)閥振動原因分析及防范措施
1、概述

    調(diào)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(guān)鍵部件，其性能和**性與整個裝置的工作性能、效率和可靠性密切相關(guān)。在煉油、石油化工和發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的振動、噪聲與閥桿轉(zhuǎn)動現(xiàn)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(shè)備的**和壽命以及操作人員的身心健康?？朔{(diào)節(jié)閥振動與噪聲，延長其使用壽命已經(jīng)引起許多設(shè)計制造部門和研究單位的高度關(guān)注。

    2 、原因分析

    調(diào)節(jié)閥的振動與噪聲根據(jù)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(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥的整體振動，即整個調(diào)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(diào)節(jié)閥振動。此外還與頻率有關(guān)，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(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥閥瓣的振動，其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加，使調(diào)節(jié)閥前后差壓急劇變化，引起整個調(diào)節(jié)閥產(chǎn)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(zhì)的調(diào)節(jié)閥內(nèi)。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調(diào)節(jié)閥開度越小，其前后的壓差越大，流體加速并產(chǎn)生氣蝕的可能性就越大，與之對應(yīng)的阻塞流壓降也就越小。

    2.3 流體動力學振動

    介質(zhì)在閥內(nèi)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**繞流體的調(diào)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(fù)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(diào)節(jié)閥及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)頻率接近或一致時，發(fā)生了共振，調(diào)節(jié)閥就產(chǎn)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(diào)節(jié)閥的使用和理論分析可以證明，誘發(fā)調(diào)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(diào)節(jié)閥的減震降噪更加困難，需要結(jié)合閥門材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和流體動力學等方面綜合考慮。

    3.1 預(yù)防機械振動

    （1）調(diào)節(jié)閥安裝位置應(yīng)遠離振動源，如不可避免，應(yīng)采取預(yù)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(diào)節(jié)器輸出微小的變化或飄移，就會立即轉(zhuǎn)換成定位器輸出信號很大，致使閥振蕩。調(diào)節(jié)閥的摩擦力太小，外界輸人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(diào)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(jīng)動作又產(chǎn)生過大的現(xiàn)象，會使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生遲滯性振蕩。遇到這種情況，應(yīng)當減小調(diào)節(jié)閥相應(yīng)部分的阻尼來解決，如更換填料等。

    （3）合理設(shè)計閥門結(jié)構(gòu)。為避免閥桿相對于導向套筒表面的側(cè)向運動，在高頻振動下產(chǎn)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(jié)構(gòu)變?yōu)楣?jié)流罩節(jié)流結(jié)構(gòu)，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(yù)防氣蝕振動

    （1）避免小開度工作。調(diào)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(jīng)閥門很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應(yīng)避免調(diào)節(jié)閥長時間在小開度下工作，同時應(yīng)盡量減小調(diào)節(jié)閥前后壓差。

    （2）合理的開車工藝。生產(chǎn)現(xiàn)場的開車工藝對調(diào)節(jié)閥的使用情況至關(guān)重要，對于工作壓力較高而前后壓差較低的調(diào)節(jié)閥更是如此。這是因為調(diào)節(jié)閥是根據(jù)設(shè)計壓差進行選型的，是能保證在設(shè)計條件下的正常**使用。但是生產(chǎn)現(xiàn)場的開車工藝大多都是閥門關(guān)閉的情況下，上游管道開始建壓，當閥前壓力達到設(shè)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(chǎn)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(xiàn)場開車時，應(yīng)盡量使前后壓力同時建立到設(shè)計條件后，快速開啟閥門，保證閥門在設(shè)計條件下工作。

    （3）多級分配壓降。調(diào)節(jié)閥前后壓差不應(yīng)太大，應(yīng)合理的選擇閥門的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。若工況系統(tǒng)不宜于多級減壓結(jié)構(gòu)，也可采用節(jié)流套筒的結(jié)構(gòu)，但是套筒的結(jié)構(gòu)和尺寸選擇也要根據(jù)實際情況（如介質(zhì)中是否含有固體顆粒）合理選擇。

    3.3 預(yù)防流體動力學振動

    （1）保證執(zhí)行機構(gòu)的輸出力。當流體通過調(diào)節(jié)閥時，閥瓣在靜壓和動壓的作用下產(chǎn)生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉(zhuǎn)動，軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調(diào)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(diào)節(jié)閥的行程位置與執(zhí)行機構(gòu)信號壓力之間的關(guān)系。因此，執(zhí)行機構(gòu)的輸出力應(yīng)足以克服不平衡力，以保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。

    （2）改變流動狀態(tài)。為了防止高速汽流進人閥體后發(fā)生高速旋流，可在調(diào)節(jié)閥的閥體腔內(nèi)加焊一塊擋汽板。

    （3）避免產(chǎn)生共振。為克服流體誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動，應(yīng)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(jié)語

    調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其內(nèi)部不穩(wěn)定流動是典型的非定常復(fù)雜內(nèi)流問題。調(diào)節(jié)閥的振動和噪聲是受很多因素共同作用而產(chǎn)生的，應(yīng)充分考慮機械振動、氣蝕振動和流體動力學振動給調(diào)節(jié)閥帶來的影響?？梢圆扇『侠碓O(shè)計閥門材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、減小閥門前后壓差、多級減壓結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)閥的選型也應(yīng)留有足夠的**裕量，以便實際工作狀態(tài)改變后有足夠強的工況適應(yīng)性。