高壓低噪音小流量調節閥設計研究

張順義，玉石，林以挺

（杭州浙臨閥門有限公司，浙江 杭州 311301）

在當前的高壓小流量調節閥設計中，已經構造了多種結構，通過對常用結構的研究與分析，可以模擬和分析在工作液體的傳輸中，對調節閥造成的影響，從而讓整個系統能夠更好運行。同時，研究調節閥運行中的噪聲產生機理，在后續的設計工作中，通過消除噪聲產生機理的相關內容，消除噪聲的產生源頭和傳播途徑，降低調節閥對系統的影響效果。

1 高壓小流量調節閥的常用結構

在當前的小流量調節閥運行中，雖然系統的構造形式存在一定差異，但是系統運行中采用的原理基本相似，都是通過調整調節閥中活動構件運行狀態的方式，實現對整個系統運行狀態的合理調整。在當前的調節閥中，已經建成了電控制、人為控制等多種形式的調節閥。在調節閥使用中，可以通過調節相關構件的運行狀態，變更結構中調節滾珠和整個空腔的夾角，以實現對整個系統的有效調整。另外，在一些調節閥中，也會在液體的進口區域和出口區域調整整個系統的結構，通過對這種方法的應用，在很大程度上降低了液體的流速，但是在一定條件下，可以說調節閥的工作中，由于和被調節液體直接接觸，所以多個構件與系統會生成噪音。

2 高壓小流量調節閥噪聲產生機理

2.1 渦流擾動

在流體動力學中，可以通過伯尼利方程確定流體中是否存在渦流，而在密閉空間中，渦流的出現會產生噪音，噪音有兩種產生形式，一種為渦流自身的噪音，另一種為渦流出現后對管道等設施的撞擊，導致這類構件出現震動，從而產生噪聲。通過研究和分析，發現在當前的調節閥運行中，會必不可少地生成渦流，其中生成渦流的主要構件為在系統中加入的調節構件，在具體的研究和分析中，當發現這一構件能夠運行時，其兩側壓力有很大不同，液體的入口壓力較大，此時調節閥中的調節構件相當于流場中的障礙物。通過研究發現，在流經調節構件后，整個流場中生成了大量的渦流，渦流的相互擾動形成了噪音。另外，在很多渦流的傳遞和運動中，與調節閥相連的相關構件撞擊，尤其是對于一些含有管道的調節閥，生成的渦流與相關結構的撞擊效果明顯，就最終結果來看，整個調節閥結構生成的噪音響度更大。

2.2 壓力擾動

在流場中，壓力對液體的影響效果明顯，當流場壓力分布不均時，則流產的分布均勻度不足，在接觸到相應的調節構件時，由于壓力分布均勻性較低，所以產生的渦流數量大幅上升，通過對上文的研究和分析，可以確定在這種環境下，整個調節閥的噪聲進一步提高，降低了整個系統的運行質量。另外，在不均勻壓力的作用下，會在很大程度上降低整個系統的運行結果，尤其是對含有相關管道調整結構的調節閥，在不同壓力的作用線，流場的穩定性和運行效率大幅下降。從不同壓力的作用結果來看，這種方法引起的湍流量很多，同時，在一些特定條件下，這一作用形式對調節閥造成的振動效果很大，大幅提高了噪聲的各項參數。

2.3 結構擾動

在高壓小流量調節閥的設計中，當前的一個主流設計思想為，除了在調節閥中設置相應的調節構件，也在調節閥的周邊區域中配套安裝相應的調整結構，通過這種方法讓整個系統更好地運行。在具體的研究與分析中，通過這種方法可以讓整個系統更好運行。在具體的研究中，當其余的調整結構拐角過多或者角度設置不合理時，則流經該區域的液體會對整個結構造成撞擊效果，從整體上來看，會導致整個系統都生成噪音。另外，在具體的研究和分析中，通過有限元分析發現，不同壓力情況下在這些管道中會生成渦流，從仿真結果上來看，這種方法大幅降低了整個系統的運行質量。

3 高壓低噪聲小流量調節閥的設計方法

3.1 流場優化方面

通過對當前結果的研究和分析，可以發現當流場存在運行問題時，會在很大程度上降低整個系統的運行質量，所以在研究過程中，要從這一角度出發，完成對這一系統的研究與分析工作。流場優化方法有以下三種模式。

（1）射流法。射流法的原理為，在整個系統運行中通過降低系統中流體的流速，降低在調節過程中渦流的生成量，同時降低流體與管道的撞擊效果，通過這種方法可以提高整個系統的運行質量。在這一原理的應用中，會主動調整系統中產生的工作項目，同時完成對整個流場的調整工作，從作用結果上來看，在流體經過調整構件時，會通過對整個系統的調整，在一定程度上降低液體的流速，在流體通過調整構件后，相關液體的流速會進一步降低，所以在具體的研究與分析中，可以發現這種方法的原理為通過降低流速防止流體與整個構件產生過于激烈的撞擊，在具體的研究和分析中，通過這種方法可以讓整個系統更好地運行。但是這種方法也存在問題，即在流體的調整過程中，會產生過大的壓降，這就意味著在整個系統的運行中，這一系統中會生成過大的能量損失，則整個系統運行中需要投入更多的成本。

（2）結構法。在系統的結構優化過程中，通過結構法能夠在很大程度上降低噪音的生成質量。這種方法的原理為，讓液體在流經調節構件時，通過對流體流動方向等參數的調整，讓整個系統能夠更好運行，通常情況下，當前的發展結構中，應用的方法可以從兩個方面落實，其一為整個系統的運行質量方面，其二中調節構件運行效果方面。這種方法的優勢在于，作用方式的原理容易判定，同時在系統的運行中，通過對整個系統的研究和分析，可以更好地完成對整個系統的研究和分析，從而讓這一系統能夠正常穩定運行。但是也存在運行方面的劣勢，首先，在具體的調整工作中，會在很大程度上損耗整個系統的能量，同時在液體流動方向的調整中，難以保證流體的流動質量符合系統的運行效果，所以最終取得的噪聲消除效果難以保證。其次，這種方法會在一定程度上破壞當前已經開發出的技術體系，導致整個系統的運行質量不足，從整體上來看，會大幅降低整個系統的運行質量。最后，會在一定程度上提高整個構建的復雜程度，在系統的具體運行中，在一定程度上提高了調節閥的故障率。

（3）粘滯法。粘滯法的工作原理為，提高液體與結構面內壁之間的粘滯性，通過這種方法可以提高液體運行中的能耗，尤其是在系統的整體運行中，這種方法對整個系統中的能耗總量較少，在具體的工作中，通過這種方法可以讓整個系統更好運行。在本文的研究中，以粘滯法為基礎，研究在整個系統運行中產生的工作內容，在液體流經調節閥時，將與液體其余管道連接部分的管道直徑加大，通過這種方法可以讓整個管道更好運行。需要注意的是，這種方法由于能夠這較大程度上降低調節閥區域的液體流速，所以為保證在規定時間內，流經調節閥的液體總量相同，所以需要適當提高調節閥的直徑，提高調節閥在單位時間內的流體通過量。

3.2 結構優化方面

在該章節的結構優化設計中，本文提出的方法有兩種，其一為整個調節閥周邊區域的結構優化措施，其二為調節閥的本身結構優化措施。在前者的實現中，需要從粘滯法應用原理的角度出發，完成對該系統的完善和優化工作。首先，要加大與調節閥連接管道的直徑，可以在不同連接區域的管道中，使用圓錐結構完成對整個系統的調整工作。其次，為調整周邊區域管道的形狀，在當前的研究和分析中，通常在這類連接管道設計中，提高管道彎角數量，減低液體流動過程中，所有液體的流速。最后為對接方式的分析，通過對這一系統的分析發現，小流量調節閥運行中，采用小直徑高數量液體輸送管的方式，可以更好地達到降低噪音的效果，所以需要按照這一設計思想，落實度該系統的設計工作。在后者的實現中，主要工作內容為將所有的小流量管道匯總，同時完成對這一內容的完善和優化工作，通過這種方法讓整個系統更好地運行。

3.3 傳播渠道方面

在調節閥的運行中，當能夠在一定程度上堵塞傳播渠道時，則能夠在很大程度上降低噪聲強度。在本文的研究中，采用的方法為在調節閥連接區域的周邊管道上，設置海綿等吸音材料，這類材料的固定方法主要為捆綁模式，同時不可在該過程中，將海綿使用過大的力壓實在管道上，通過這種方法可以讓整個系統更好地運行，降低調節閥產生的噪聲對周邊環境的影響。

4 結語

綜上所述，在高壓小流量調節閥的運行中，系統中生成的渦流會大幅提高這一系統的噪聲產生量，尤其是在流場中的壓力不均勻情況下，當出現這一問題時，整個系統的運行質量大幅下降。要將低系統運行中產生的噪聲，可以采用粘滯法降低系統中渦流的生成量，同時完成對該系統的結構優化和傳播渠道限制工作，達到降低噪聲產生強度的目的。