调节阀振动和噪声的诱因分析

调节阀振动与噪音问题严重影响阀门性能与寿命，主要源于机械振动、气蚀振动和流体涡流。通过优化设计、多级压降分配、增强阀杆连接及采用消音器等综合措施，可有效降低危害。同时，定期进行安全阀检验是保障设备安全稳定运行的重要环节。

一、振动的种类

1、气蚀振动

气蚀振动通常出现在液态介质调节阀的内部。其产生根源在于调节阀内的流体在缩流加速和静压降低的过程中发生汽化。当调节阀的开度逐渐减小时，其前后压差会相应增大，从而增加了流体产生气蚀的可能性。同时，阻塞流压降也会随之减小。

2、机械振动（包含整体和阀瓣振动）

机械振动在调节阀中表现为两种主要状态。首先是调节阀的整体振动，这指的是调节阀在管道或基座上出现的频繁颤动。这种振动往往源于管道或基座的剧烈抖动，同时也会受到系统频率的影响，当外部频率接近或等于系统的固有频率时，受迫振动的能量将达到最大，从而引发共振。另一种状态则是调节阀阀瓣的振动，这主要是由于介质流速的突然增加，导致调节阀前后差压发生剧烈变化，进而引发整个调节阀的严重振荡。

3、流体（涡流）振动

流体在阀门内节流时，会受到摩擦、阻力和多种因素的扰动，从而不可避免地形成各种漩涡流。这些漩涡流在流体冲击阀杆、通过缝隙、在转弯处的死角以及被分流时都会出现。漩涡流与圆柱体相互作用，不仅诱发振动，还会产生漩涡脱离声。当气流的激振频率与机械元件的自振频率相耦合，或者与管道内纵向气柱声驻波、横向气柱震荡、热动力冲击、气体动力压缩等不稳定流动产生的压力波耦合时，振动和噪声都会显著增加。此外，当流体流经控制阀产生闪蒸时，会形成包含气泡的气、液两相混合体。这种两相流体的减速和膨胀作用也会产生噪声。同时，空化作用中气泡破裂释放的强大能量会生成高达10000Hz的噪声，且气泡数量越多，噪声越强烈。

二、减轻振动与噪声的方法

流体在阀门内节流时产生的振动与噪声，不仅影响设备的正常运行，还可能对周边环境造成不良影响。因此，采取有效措施减轻这些影响至关重要。具体来说，可以从以下几个方面着手应对：

优化阀门设计与材料选择，减少流体在阀门内的扰动和漩涡流的形成。

控制气流速度等方法，降低振动和噪声的强度。

多级分配压降和合理的开车工艺应对气蚀问题。

正确选择零部件与阀杆连接的安全性应对机械振动。

采用细小迂回通路阀内件、阶梯式设计与消音器应对涡流问题。

四、具体措施

1、针对气蚀问题，可以采取以下措施进行应对：

首先，应避免阀门在小开度下工作。当调节阀的开度过小时，流经阀门的流体速度会急剧增加，压力迅速下降，这容易导致闪蒸和气蚀现象的产生。

其次，可以采用多级分配压降的方法。这是防止气蚀的最有效手段之一。通过设计多级节流调节阀，确保每一级节流所承受的压差都小于允许的压差，从而降低流速，减少气蚀的可能性。当然，如果工况系统不适合采用多级减压结构，也可以考虑使用节流套筒来改善气流状况。

最后，需要规划合理的开车工艺。生产现场的开车工艺对调节阀的使用情况有着显著的影响，特别是在工作压力较高而前后压差较低的情况下，合理的开车工艺更是至关重要。

2、针对机械振动问题，我们需采取以下措施：

首先，要正确选择零部件。若阀瓣出现快速的高低变化，且阀门定位器灵敏度过高，微小的调节器输出变化或飘移都会被放大为定位器的大信号，导致阀振荡。此外，若调节阀摩擦力过小，外界微小变化会直接传递给阀瓣，引发振动。而摩擦力过大则会在小信号时无动作，大信号时动作过猛，导致调节阀迟滞性振荡。此时，可通过减小相应部分的阻尼来解决，例如更换填料。

其次，需关注阀杆连接。在工艺机组运行中，高温高压蒸汽持续通过高压调门阀芯，产生力矩，可能剪切旋子销子。调门支座振动也会影响圆柱销，甚至导致其断裂、阀杆脱落，威胁机组安全。因此，必须确保阀杆连接的稳固与安全。

最后，调节阀的安装位置应远离振动源。若无法避免，必须采取预防措施，以确保机械振动的最小化。

3、针对涡流问题，我们可以采取以下措施：

首先，推荐使用具有适当间隔的细小迂回通路阀内件。当流体经过这些小孔径套筒或其他迂回通路时，其喷射流体积会减小，进而缩小涡流规模。这不仅降低了机械能与声学能之间的转换效率，还能有效减少振动和噪音。同时，小涡流能将液体产生的声学能推向更高频率范围，而管壁对高频率噪声具有出色的衰减作用，加之人耳对高频率声音响应较低，从而进一步降低听觉影响。

此外，采用阶梯式阀内件也是一种有效方法。由于阶梯式路径的弯曲特性，流体流动会受到阻碍，产生摩擦并伴随压力损失，进而消耗流体能量，达到减振降噪的目的。

其他方法还包括采用消音器与增加管壁厚度来进一步减少噪音与振动。消音器通常被直接安装在控制阀的下游，与控制阀串联，用以吸收其产生的声能。在高压降、大流量的场合下，消音器能经济有效地控制噪声，其降噪能力通常可达25分贝左右。另一方面，通过增加控制阀下游管道的管壁厚度，同样能够显著降低振动和噪音。但需注意，由于噪音在管道中传送时不会随距离衰减，因此整个下游管线系统都必须采用相同壁厚的管道，以确保降噪效果的统一性。

节阀的结构较为复杂，其内部不稳定流动是典型的非定常复杂内流问题。调节阀的振动和噪声是受很多因素共同作用而产生的，应充分考虑机械振动、气蚀振动和流体动力学振动给调节阀带来的影响。可以采取合理设计阀门材质和结构、减小阀门前后压差、多级减压结构

调节阀的振动与噪声根据其诱发因素不同，大致可分为机械振动、气蚀振动和流体动力学振动等原因。

机械振动根据其表现形式可以分为两种状态。一种状态是调节阀的整体振动，即整个调节阀在管道或基座上频繁颤动，其原因是由于管道或基座剧烈振动，引起整个调节阀振动。此外还与频率有关，即当外部的频率与系统的固有频率相等或接近时受迫振动的能量达到最大值、产生共振。另一种状态是调节阀阀瓣的振动，其原因主要是由于介质流速的急剧增加，使调节阀前后差压急剧变化，引起整个调节阀产生严重振荡。

气蚀振动大多发生在液态介质的调节阀内。气蚀产生的根本原因在于调节阀内流体缩流加速和静压下降引起液体汽化。调节阀开度越小，其前后的压差越大，流体加速并产生气蚀的可能性就越大，与之对应的阻塞流压降也就越小。

介质在阀内的节流过程也是其受摩擦、受阻力和扰动的过程。湍流体通过不良绕流体的调节阀时形成旋涡，旋涡会随着流体的继续流动的尾流而脱落。这种旋涡脱落频率的形成及影响因素十分复杂，并有很大的随机性，定量计算十分困难，而客观却存在一个主导脱落频率。当这一主导脱落频率（亦包括高次谐波）在与调节阀及其附属装置的结构频率接近或一致时，发生了共振，调节阀就产生了振动，并伴随着噪声。振动的强弱随主导脱落频率的强弱和高次谐波波动方向一致性的程度而定。

从调节阀的使用和理论分析可以证明，诱发调节阀振动和噪声的因素有很多，这些因素又相互影响，很多都是同时发生的，这就使调节阀的减震降噪更加困难，需要结合阀门材质、结构和流体动力学等方面综合考虑。

（1）调节阀安装位置应远离振动源，如不可避免，应采取预防措施。

（2）正确选择零部件。如果阀瓣快速的忽高忽低的变化，阀门定位器灵敏度又太高，调节器输出微小的变化或飘移，就会立即转换成定位器输出信号很大，致使阀振荡。调节阀的摩擦力太小，外界输人信号有微小的变化或飘移，会立即传递给阀瓣，使其振动。相反，如调节阀的摩擦力太大，则在小信号时动作不了，信号大时一经动作又产生过大的现象，会使调节阀产生迟滞性振荡。遇到这种情况，应当减小调节阀相应部分的阻尼来解决，如更换填料等。

（3）合理设计阀门结构。为避免阀杆相对于导向套筒表面的侧向运动，在高频振动下产生疲劳断裂，提高阀门的抗振能力，可将容易承受紊流形式的柱塞节流结构变为节流罩节流结构，将悬壁梁顶尖导向方式改成节流罩导向方式，或采取缩小导向间隙、选用刚性导向和柱塞头及加大阀杆直径等方法。

1）避免小开度工作。调节阀开度太小，致使节流口处流速增大，压力迅速减小，流体流经阀门很容易形成闪蒸和气蚀。所以应避免调节阀长时间在小开度下工作，同时应尽量减小调节阀前后压差。

2）合理的开车工艺。生产现场的开车工艺对调节阀的使用情况至关重要，对于工作压力较高而前后压差较低的调节阀更是如此。这是因为调节阀是根据设计压差进行选型的，是能保证在设计条件下的正常安全使用。但是生产现场的开车工艺大多都是阀门关闭的情况下，上游管道开始建压，当阀前压力达到设计要求时阀门开启，而此时阀后压力仍然很小，这就使阀门处在很小的开度、很高的压差下的工作状态，会产生严重的振荡和气蚀，影响阀门的使用寿命，更有可能损坏阀门。所以现场开车时，应尽量使前后压力同时建立到设计条件后，快速开启阀门，保证阀门在设计条件下工作。

（3）多级分配压降。调节阀前后压差不应太大，应合理的选择阀门的结构形式及合理的进行压差分配，如果条件允许可以采用多级减压，避免气蚀的发生。

（4）改进结构。若工况系统不宜于多级减压结构，也可采用节流套筒的结构，但是套筒的结构和尺寸选择也要根据实际情况（如介质中是否含有固体颗粒）合理选择。

1）保证执行机构的输出力。当流体通过调节阀时，阀瓣在静压和动压的作用下产生切向力和轴向力。切向力使阀瓣转动，轴向力使阀瓣压缩或拉伸。所谓调节阀的不平衡力就是指对直行程的阀瓣所受到的轴向合力。不平衡力直接影响调节阀的行程位置与执行机构信号压力之间的关系。因此，执行机构的输出力应足以克服不平衡力，以保证调节质量。

2）改变流动状态。为了防止高速汽流进人阀体后发生高速旋流，可在调节阀的阀体腔内加焊一块挡汽板。

3）避免产生共振。为克服流体诱发调节阀振动，应降低流体旋涡主导脱落频率的形成概率和湍流体波动压力场中各波动分量在方向、频率等一致的概率。

调节阀的结构较为复杂，其内部不稳定流动是典型的非定常复杂内流问题。调节阀的振动和噪声是受很多因素共同作用而产生的，应充分考虑机械振动、气蚀振动和流体动力学振动给调节阀带来的影响。可以采取合理设计阀门材质和结构、减小阀门前后压差、多级减压结构和避免阀门在小开度下工作等减振降噪的常用方法。另外调节阀的选型也应留有足够的安全裕量，以便实际工作状态改变后有足够强的工况适应性。

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