淺析流量控制閥的降噪問(wèn)題

一、 噪聲源分析
　　在供熱系統中離不開(kāi)泵、和，可這些又都是產(chǎn)生噪聲源的設施。
　　先說(shuō)管道，液體流經(jīng)管道時(shí)，由于湍流和摩擦激發(fā)的壓強擾動(dòng)就會(huì )產(chǎn)生噪聲，特別是當雷諾數Re>2400時(shí)的湍流狀態(tài)，這種含有大量不規則的微小旋渦的湍流，可以說(shuō)自身就處于“吵”的狀態(tài)。尤其流經(jīng)節流或降壓閥門(mén)、截面突變的管道或急驟拐彎的彎頭時(shí)，湍流與這些阻礙流體通過(guò)的部分相互作用產(chǎn)生渦流噪聲，其聲功率級（dB）隨流速的變化關(guān)系可表示為：△Lw=60lg，若管路設計不當還可以產(chǎn)生空化噪聲；再說(shuō)閥門(mén)，帶有節流或限壓作用的閥門(mén)，是液體傳輸管道中影響 大的噪聲源。當管道內流體流速足夠時(shí)，若閥門(mén)部分關(guān)閉，則在閥門(mén)入口處形成大面積扼流，在扼流區域液體流速提高而內部靜壓降低，當流速大于或等于介質(zhì)的臨界速度時(shí)，靜壓低于或等于介質(zhì)的蒸發(fā)壓力，則在流體中形成氣泡。氣泡隨液體流動(dòng)，在閥門(mén)扼流區下游流速逐漸降低，靜壓升高，氣泡相繼被擠破，引起流體中無(wú)規則的壓力波動(dòng)，這種的湍化現象稱(chēng)為空化，由此產(chǎn)生的噪聲叫空化噪聲。在流量大、壓力高的管路中，幾乎所有的節流閥門(mén)均能產(chǎn)生空化噪聲，這種空化噪聲順流而下可沿管道傳播很遠，這種無(wú)規則噪聲能激發(fā)閥門(mén)或管道中可動(dòng)部件的固有振動(dòng)，并通過(guò)這些部件作用于其它相鄰部件傳至管道表面，產(chǎn)生類(lèi)似金屬相撞產(chǎn)生的有調聲音?？栈肼暤穆暪β逝c流速的七次方或八次方成正比，因此為降低閥門(mén)噪音可采用多級串接閥門(mén)，目的是逐級降低流速。如我們經(jīng)常使用的截止閥，采用的是低進(jìn)高出的流向，因此當流體流經(jīng)閥腔時(shí)，就會(huì )在控制閥瓣的下面（即扼流區內）形成低壓高速區，產(chǎn)生氣泡。通過(guò)閥瓣后又形成高壓低速區，氣泡相繼被擠破產(chǎn)生空化噪音。
　　根據以上分析可見(jiàn)管道噪聲、閥門(mén)噪聲都與液體流動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)，換句話(huà)說(shuō)即與壓差和流速有關(guān)。

二、流速、壓差所產(chǎn)生的噪聲調查
　　下面是我們實(shí)地調查的數據。天津堿廠(chǎng)朝陽(yáng)樓小區換熱站，供熱面積26.5萬(wàn)平方米，管線(xiàn)敷設方式：室外架空，該換熱站分四個(gè)環(huán)路供出。南區管徑DN250所供面積13.2萬(wàn)平方米；北區管徑DN250所供面積10.8萬(wàn)平方米；春風(fēng)里管徑DN200，所供面積12000平方米；34＃樓管徑DN150，所供面積8012平方米。住戶(hù)反映34＃樓和春風(fēng)里安裝控制閥后噪音較大。2003年3月3日我們到現場(chǎng)進(jìn)行（設備流量計、噪聲計），數據如下：
　　實(shí)測室內噪聲34＃樓、2、3單元57 dB；春風(fēng)里1＃樓1、3單元58 dB～60 dB，而南區1＃樓1、3、5單元為45～47 dB。從以上數據看，雖然各入戶(hù)單元流速都沒(méi)超過(guò)設計要求，但由于相對單體流速太快、壓差較大，造成在控制閥處產(chǎn)生空化噪聲。34＃樓的壓差為0.06Mpa,而南區1＃樓的壓差為0.02 Mpa，形成局部流速快和壓差大的另一個(gè)原因是34＃樓和春風(fēng)里距換熱站的距離較近。 遠端用戶(hù)入口距離350米左右，而南北區 遠端用戶(hù)達1000米左右，同是一個(gè)系統距離相差懸殊，因此造成入戶(hù)壓差相差很大，流速相差也大。由于管線(xiàn)又是架空安裝這種空化噪聲與支架又產(chǎn)生共振使得噪聲傳遞到室內，此種情況在遼河油田曙光作業(yè)區也有發(fā)生。不單單是架空管線(xiàn)，埋地管線(xiàn)也可以產(chǎn)生空化和湍流摩擦噪聲。如天津北辰區的一個(gè)供熱小區是直埋管線(xiàn)。安裝流量控制閥后噪聲明顯增加，實(shí)測室內達65 dB。詢(xún)問(wèn)用戶(hù)說(shuō)以前也有，但沒(méi)現在大，將控制閥拆除后，實(shí)測室內還達58 dB，究其原因也是由于熱網(wǎng)平衡不好，個(gè)別單體壓差大、流速過(guò)快。前面說(shuō)過(guò)空化噪聲和聲功率與流速的七次方或八次方成正比，因此，流速雖然只差一點(diǎn)點(diǎn)，但噪聲卻增加很大。鑒于以上的情況，對朝陽(yáng)樓小區的34＃樓我們采取了逐級降壓或者說(shuō)逐級降低資用壓頭和流速的辦法。首先將支干線(xiàn)的出口閥門(mén)（DN150）進(jìn)行了調整，又將單元入戶(hù)閥門(mén)進(jìn)行了調整。再測34＃樓入戶(hù)壓差控制在0.03～0.05Mpa之間，再測室內噪音2單元102已降至35 dB，3單元101降至40 dB，已滿(mǎn)足需求。

三、 降噪控制閥的產(chǎn)生
　　前面已經(jīng)提到聲功率級隨流速的變化關(guān)系為△Lw=60lg，而由△P=KVS·G2又可得出V=，因此可見(jiàn)當流量系數（KVS），流通截面積(πR2)時(shí)，聲功率級也可表示為△Lw=60lg，而自力式流量控制閥又是基于調整壓差達到控制流量的目的。那么如何既壓差又達到降噪的目的，根據以上實(shí)測數據及理論分析，我們采用了多級降壓的結構。首先將手動(dòng)閥瓣改變?yōu)樾毙?，使得流通性能即可又可降低流速，這是 級；其次將自動(dòng)閥瓣改為雙弧面，雙閥瓣結構，流體流動(dòng)時(shí)先通過(guò)上閥瓣上圓弧面，再通過(guò)下圓弧面即方便流體通過(guò)又可降低流速，這是 級；然后流體再通過(guò)下閥瓣的上圓弧面和下圓弧面這是第。同時(shí)在自動(dòng)閥瓣上還帶有側筋板即可導流，又可流體中形成的氣泡。為了因扼流產(chǎn)生的低壓高速區，我們開(kāi)始時(shí)在控制閥入口和手動(dòng)控制處增加了阻尼網(wǎng)降低流速，減少扼流，可經(jīng)過(guò)試驗不可行，因為阻尼網(wǎng)雖然（采用了材料），但由于網(wǎng)眼直徑的限制很容易引起堵塞；我們又將自動(dòng)閥瓣改變?yōu)槭猃X形，目的是為了減少高速區內形成的氣泡。但由于梳齒的形狀和強度不利于長(cháng)期使用，因此也沒(méi)有采用。 后還是采取了多級降噪的結構。我們經(jīng)過(guò)近1000多次的試驗不斷改進(jìn)，使控制閥的噪聲從原來(lái)的65～75dB降到現在的45～55 dB。