壓縮機防喘振閥門的噪音和選型淺談

摘要：針對壓縮機在工業生產過程中的重要性，分析壓縮機防喘振閥門打開時產生的噪音類型，分析其產生原因，通過對噪音的介紹，選擇合適的閥門結構型式，最大程度上降低壓縮機配套閥門的噪音。

關鍵詞：喘振 ?防喘振閥 ?噪音 ?低噪音閥門

壓縮機在現代的各行各業中都扮演著重要的角色，它把低壓氣體轉換成高壓氣體，為各種相關的設備提供動力，在采礦、冶金、化工、醫療、食品等行業中，壓縮機是必不可少的關鍵設備。

1 壓縮機的喘振及其危害

當壓縮機的流量減少時，隨著旋轉失速的產生，壓縮機的氣體流量和排氣壓力周期性的低頻率、大幅度的波動，引起機器的強烈振動，這種現象就是壓縮機的喘振[1]。當壓縮機出現喘振時，極易出現流體倒流的現象，為了避免出現喘振的工況，一般是把防喘振閥打開，使流體回流到壓縮機入口，讓壓縮機的最小工作流量始終大于喘振的最小極限流量。當壓縮機的流量出現大的波動，都會導致壓縮機的性能會出現很大的變化，喘振就是導致出現這種工況的罪魁禍首之一。大量回流流體在通過防喘振閥門時，導致防喘振閥出現噪音，尤其是在大壓差的透平壓縮機組上面防喘振閥門的噪音會更大。導致防喘振閥門產生噪音的主要是噴射噪音、渦流噪音、激波噪音，下面將闡述閥門的這三種噪音以及產生的原因。

1.1 噴射噪音 當氣流從管口高速噴射出來與周圍靜止的氣流發生強烈的混合而發生的噪音[2]，在壓縮機組中，當壓縮機發生喘振的時候，需要大量的氣體回流來降低喘振的發生機率，防喘振閥快速開啟，由于閥門下游的壓力比較小，在閥芯的節流口噴射出的氣流與下游靜止的流體碰撞的時候，這時的流體的流速會達到最大，會把大量的氣體卷進去，從而形成一股喘流很大的噴射噪音。閥內件在受到噴射流體的沖擊后，由于套筒和閥芯、閥桿和導向套的間隙，閥內件會發生剛性的碰撞，噴射噪音和金屬的振動噪音的疊加，噪音會更加厲害。如圖1所示：高速的氣體噴射到閥內件表面，導致閥內件隨著氣體的壓力波動而產生振動。

1.2 渦流噪音 當氣體流經障礙物時，由于氣體分子粘滯摩擦力的影響，具有一定速度的氣流與障礙物背后相對靜止的氣流相互運動作用下，在障礙物的下游形成帶有渦流的氣流，這些渦流不斷形成又不斷脫落，每一個渦流的中心的壓強低于周圍流體的壓強，每當一個渦旋脫落時，喘動氣流會出現，氣體壓強跳變[2]，這些喘動的氣流通過障礙物的傳遞，當達到一定程度時，就會出現喘流噪音。如圖2[3]所示。在閥門中也會出現這一現象，當高壓氣體進入閥體內部，尤其是經過閥芯和套筒的節流孔時，套筒內部的氣壓低于套筒外部的壓強，氣體在套筒內部形成渦旋，喘動氣流就會出現，氣體壓強出現跳變，當這些氣體的跳變通過套筒、閥芯的傳遞，達到一定的強度時，就會出現渦流噪音。

1.3 激波噪音 激波也叫沖擊波，類似于爆炸產生的沖擊波一樣，沖擊波是一種壓強極高的壓縮波[2]，能夠在流體中以波的形式傳遞，沖擊波的傳遞速度大于聲速，沖擊波在傳遞過程中有能量的轉換，特別是在壓差大的透平式壓縮機中，當閥前、閥后的壓差超過臨界壓力的情況下最容易出現沖擊波，氣體在閥門打開的一瞬間，以超音速的速度沖向閥內件，在閥內件的表面，氣體來不及流出去而突然被壓縮，形成激波，激波的壓強越大，速度越快，噪音越大。產生激波噪音的同時，也伴隨著噴射噪音和渦流噪音，但比起激波噪音，噴射和渦流噪音對閥門的損壞已不是最主要的，激波對閥內件表面集中產生變形，并造成微小的局部損壞，隨著材料的疲勞和流體的沖蝕，閥內件出現了沖蝕性的粗糙面，同時也伴著像金屬擊打的噪音。

通過下面的氣體流速和噪音公式知道，流體閥后壓力越小（流體的壓差越大）和流速對閥門的噪音的影響越大，速度越大，噪音越大，壓差越大、噪音也越大。

流速M=■

噪音SL=10Lg■SLg

式中：M——流體流速（馬赫數）;SL——流體噪音（分貝）;Q——流體流量（標準米2/小時）;G——流體比重;T——絕對溫度（K）;P2——閥后壓力（巴絕壓）;d——閥門出口直徑（mm）;D——下游管道直徑（mm）;t——管道壁厚（mm）;SLg——氣體特性系數。

2 降壓降噪閥門類型

2.1 閥內件打孔的低噪音閥門 閥內件打孔的低噪音閥門，把籠式閥套筒上面的窗口改為小孔。當氣體通過具有適當間隔的小孔時，能獲得較小的噴射體積，降低機械能和聲能之間的轉換效率，有效的降低噪音。其次，較小的渦流產生的聲波，具有較高的頻率，而閥體對高頻率聲波的衰減作用較強，從而減小氣體的噪音。為了獲得好的降噪效果，閥門的套筒可以做成三層組合式的，每一層套筒可以降低10分貝左右的噪音，利用閥芯和套筒的小孔將流體的動能在閥芯部件內部相互抵消，降低流體的流速，從而減小流體對閥內部件的沖擊，降低閥門的噪音，它比普通的單座閥能降低15分貝左右的噪音，比籠式閥門降低10分貝左右噪音，但多層組合式的套筒的流通能力不會太大，如圖3[4]、4所示的三級降噪器。

2.2 多級節流式閥門（圖5） 它的閥芯是一種多級節流的閥芯，每一級閥芯都有導向，閥門穩定，閥門不會發生震動，流體通過曲折的通道，會產生很大的摩擦和壓力損失，流體逐級降壓，流體方向不斷改變，產生很大的速度頭損失，增加流阻，控制流速，從而防止阻塞流的發生，閥內件采用高壓自密封結構，壓差越大，密封性越好。閥芯的節流面和密封面分開，減小流體對閥芯面的沖刷磨損，從而降低噪音。閥芯表面有大缺口，流體中有微小的顆粒也不會堵塞，閥芯不會卡死。

2.3 迷宮式低噪音閥門 迷宮式套筒是由很多個沖壓的芯片疊加在一起，經過釬焊而成的，芯片的結構如圖6所示，圖7的套筒是由很多個節流小件組成的，芯片的表面有很多彎曲的溝槽，彎曲的溝槽增加了流體的阻尼，當流體經過一系列狹窄的槽或者節流小孔時，曲折的90度的轉角，截面積的逐漸增大，提供了膨脹的面積，增加了流體的摩擦損失，通過許多的槽和圓柱體小孔分級進行壓力衰減，把流體的流速降下來，使流體的壓降始終保持在臨界壓降之上，起到了多級降壓的效果，流體的出口均勻的分布在套筒的內壁周圍，使壓降平均分布在套筒的周圍，有效的控制了流體的流速，從而降低了噪音。

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上述三種類型的閥門是當前閥門行業中常見的降壓降噪類型的閥門，但并不是全部，通常為了使閥門的噪音降到合理的范圍內，也可以在閥門管道或壓縮機管道的下游使用降噪板來降低流體的壓力和流速，增加其頻率，從而降低噪音。考慮到壓縮機的特殊性和關鍵性，上述三類降壓降噪的閥門是可取的，通過改變自身的結構來實現降噪的方式是比較容易實現的，也是性價比最高的。

參考文獻：

[1]黃鐘岳，王曉放.透平式壓縮機[M].北京：化學工業出版社，2004：232.

[2]馬大猷主編.噪音與振動工程技術手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.9：90-100.

[3]房汝洲主編.2006版新編調節閥設計及應用實務全書[M].北京：中國知識出版社，2006：1068-1077.

作者簡介：武興廣（1986-），男，山西文水縣人，助理工程師，本科，主要從事壓縮機閥門的選型研究。