调节阀异常振动的调节方法

一、概述

调节阀是流体机械（包括电力机械、化工机械、流体动力机械等）中控制通流能力的关键部件，其性能和安全性与整个装置的工作性能、效率和可靠性密切相关。在炼油、石油化工和发电等工业生产过程中，经常出现调节阀的振动、噪声与阀杆转动现象，甚至由于振动导致阀杆断裂等事故也时有发生，这些问题的发生往往与设备运行状态的实时监测不足有关，因此需要通过定期开展安全阀检测来评估阀门密封性、动作压力及整体性能稳定性。同时，振动和噪声问题不仅严重影响设备的安全和寿命以及操作人员的身心健康，还可能掩盖其他潜在隐患，而安全阀检测可通过数据采集与动态特性分析为故障溯源提供技术支撑。当前，克服调节阀振动与噪声、延长其使用寿命已经引起许多设计制造部门和研究单位的高度关注，相关研究也逐步将安全阀检测技术与智能监测系统相结合，通过在线诊断和预防性维护策略来提升工业装置的整体安全水平。

二、原因分析

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。

1.机械振动

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。

2.气蚀振动

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。

3.流体动力学振动

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。

三、防范措施

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、预防机械振动

（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。

2、预防气蚀振动

（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。

3、预防流体动力学振动

（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。

四 、总结

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。

调节阀振动是阀门运行中较难处理的故障之一。振动不仅加速调节阀的损坏，也对产品质量和安全生产造成影响。本文结合智能定位器的研究，给出现场处理振动问题的注意事项和方法。

执行机构漏气

由于漏气使实际阀位偏离给定阀位，造成伺服放大器反复充气，使阀门不能稳定在给定阀位，造成阀门振动。

漏气部位

(1)气动薄膜执行机构

气动薄膜执行机构的膜片破损，推杆与弹簧托盘松动，O形圈破损，反作用执行机构推杆与下膜盖之间的密封漏气，通常为V形密封圈磨损，顶装手轮机构上膜盖密封漏气。

(2)直行程气缸执行机构

直行程气缸执行机构(包含用于拨叉式角行程执行机构)的活塞密封圈漏气(窜缸漏气)，活塞缸盖密封漏气，限位螺钉密封组件漏气，输出轴与缸盖间密封漏气。

(3)双齿条结构角行程执行机构

双齿条结构角行程执行机构的活塞背面密封圈漏气，气缸盖与缸体密封圈漏气，输出轴与缸体连接的上下支撑密封圈漏气，气缸盖上的限位螺钉漏气。

(4)外部附件

外部附件如各定位器输出管线接头漏气，气控增速器或继动器、快排阀、单向调速器和保位阀漏气。

漏气处理

针对不同的漏气现象，采取的处理方法不同。

(1)如果阀门没有严格的开关时间限制，应尽可能减少气动附件和过程接头，如取消快排阀、气控增速器、单向调速器、变径和弯通等附属元件。

(2)定时清扫并加注润滑油，保持推杆、阀杆洁净无锈蚀，镀铬层不起皮，润滑充分，确保密封件不磨损、不漏气。

(3)巡检时，对气动薄膜执行机构的排气口(正作用排气口在下膜盖，反作用在上膜盖)和单作用活塞缸的排气口等部位进行检漏，发现漏气及时进行修复处理。

调节阀卡塞

调节阀卡塞包括阀杆与填料、阀芯与阀座以及执行机构的卡塞。

卡塞原因

(1)阀杆密封填料压装过紧，引起阀杆运行阻力增大。由于数控加工精度的提高，阀杆表面的光洁度很高，填料过紧增大了阀杆与填料间的阻力，在预紧弹簧回位时引起超调，进而引起阀门长周期振动(振动周期一般大于30s)。

(2)对弹簧预紧的填料函采用不合理的方法调整填料压盖，造成阀杆运行阻力增大、预紧弹簧或填料损坏。

(3)低温阀门未采用与其相应的填料，造成摩擦阻力增大。

(4)阀杆变形或填料压盖错位，引起阀杆摩擦填料压盖，造成运行阻力增大，同时引起填料加速磨损造成介质泄漏。阀杆变形通常有2种原因。①正作用执行机构由于气源压力设定值超过阀门标称值，推力过大造成阀杆变形。②操作阀门手动机构时用力过大引起阀杆变形。

(5)填料函进入异物卡塞，造成阀杆运行阻力增大。异物有阀杆不洁净运行过程中带入的粉尘、铁锈或雨雪等。另外，由于冷箱或管线漏冷严重，使阀杆处结冰，冰又通过阀杆移动带入填料函。

(6)阀芯内部卡塞，主要原因有导向套部分卡塞(部分厂家叫无油轴承)，介质在阀内结晶或结垢，阀腔内有异物等。由于吹扫不干净，设备腐蚀，管道或容器内部件脱落等原因造成阀腔内有异物存在。

(7)执行机构卡塞，主要原因有弹簧断裂或叠压，双齿条执行机构齿牙磨损，执行机构限位螺钉或限位盘等部件脱落。

卡塞处理

(1)保持阀杆清洁润滑，及时更换防尘密封圈和护罩。

(2)与设备专业结合消除冷量外移造成阀杆结冰。

(3)依据阀门使用手册对填料进行维护，防止填料性能失效。

(4)依据气缸和阀门出厂手册调整气源压力，不能因阀门不到位而随意增大气源压力，或过度操作手动机构。

工艺状况较差

(1)阀门设计参数与实际工况差异较大，实际压差值远高于设计压差，造成执行机构推力过小，阀芯支撑刚度严重不足，调节过程阀位开度受工况影响，阀芯随介质工况振动，此现象在阀芯为流开型的阀门上表现尤为突出。出现此状况时，采取的临时措施是利用调节阀前后的工艺截止阀进行节流，降低调节阀前后的压差。并依据工况进行优化改造，如采用多级降压阀内件合理设计平衡孔尺寸、增大执行机构推力或预紧力。

(2)管道振动较大，反馈机构松动或卡簧脱落，造成阀位反馈波动。出现此状况时，加固管道，仔细检查反馈机构，消除间隙和回程误差。

(3)工艺介质压力或流量脉动过大，如往复式压缩机和计量泵等间歇给料系统的调节阀，由于工况周期振荡造成阀门振动。出现此状况时，增加压缩机或泵出口缓冲器，降低物料脉动。

定位器参数设置不合理

为了保证定位器能够满足不同类型、不同尺寸的调节阀平稳、迅速、准确的达到给定阀位，其在硬件和软件都设置有相应的调节方法(表1)，防止余差超标或超调振荡。同时为了有效监控功率放大器的实际输出，部分定位器对功率放大器的阀芯位置也进行监控，并作为内环回路参与运算。

结语

解决调节阀振动问题可以提高智能制造的水平，扩大调节阀应用领域。在减轻劳动强度，改善工作环境的同时，也使生产过程更为安全和稳定。

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