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氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥振動的原因及防范措施探討
調(diào)節(jié)閥的性能和安全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(dǎo)致閥桿斷裂等事故也時有發(fā)生，嚴重影響設(shè)備的安全和壽命以及操作人員的身心健康。克服調(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。
一、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(xué)振動等原因。
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(dāng)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最大值、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、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。
3、流體動力學(xué)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。湍流體通過不良繞流體的調(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(dǎo)脫落頻率。當(dāng)這一主導(dǎo)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(dǎo)脫落頻率的強弱和高次諧波波動方向一致性的程度而定。
二、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)合調(diào)節(jié)閥材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和流體動力學(xué)等方面綜合考慮。
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，外界輸入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(dāng)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(dǎo)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)，將懸壁梁頂尖導(dǎo)向方式改成節(jié)流罩導(dǎo)向方式，或采取縮小導(dǎo)向間隙、選用剛性導(dǎo)向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。
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)計條件下的正常安全使用。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(dāng)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、預(yù)防流體動力學(xué)振動
�。�1）保證執(zhí)行機構(gòu)的輸出力。當(dāng)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入閥體后發(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(dǎo)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。
三、結(jié)論
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(xué)振動給調(diào)節(jié)閥帶來的影響。可以采取合理設(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)留有足夠的安全裕量，以便實際工作狀態(tài)改變后有足夠強的工況適應(yīng)性。
