調節閥振動(dòng)原因分析及防范措施

1、概述

　　調節閥是流體機械(包括電力機械、化工機械、流體動(dòng)力機械等)中控制通流能力的關(guān)鍵部件,其性能和安全性與整個(gè)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(guò)程中,經(jīng)常出現調節閥的振動(dòng)、噪聲與閥桿轉動(dòng)現象,甚至由于振動(dòng)導致閥桿斷裂等事故也時(shí)有發(fā)生,嚴重影響設備的安全和壽命以及操作人員的身心健康�？朔�調節閥振動(dòng)與噪聲,延長(cháng)其使用壽命已經(jīng)引起許多設計制造部門(mén)和研究單位的高度關(guān)注。

2、原因分析

　　調節閥的振動(dòng)與噪聲根據其誘發(fā)因素不同,根據真空技術(shù)網(wǎng)的文章,大致可將其分為機械振動(dòng)、氣蝕振動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)等原因。

2.1、機械振動(dòng)

　　機械振動(dòng)根據其表現形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調節閥的整體振動(dòng),即整個(gè)調節閥在管道或基座上頻繁顫動(dòng),其原因是由于管道或基座劇烈振動(dòng),引起整個(gè)調節閥振動(dòng)。此外還與頻率有關(guān),即當外部的頻率與系統的固有頻率相等或接近時(shí)受迫振動(dòng)的能量達到最大值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調節閥閥瓣的振動(dòng),其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加,使調節閥前后差壓急劇變化,引起整個(gè)調節閥產(chǎn)生嚴重振蕩。

2.2、氣蝕振動(dòng)

　　氣蝕振動(dòng)大多發(fā)生在液態(tài)介質(zhì)的調節閥內。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調節閥內流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調節閥開(kāi)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,與之對應的阻塞流壓降也就越小。

2.3、流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)

　　介質(zhì)在閥內的節流過(guò)程也是其受摩擦、受阻力和擾動(dòng)的過(guò)程。湍流體通過(guò)不良繞流體的調節閥時(shí)形成旋渦,旋渦會(huì )隨著(zhù)流體的繼續流動(dòng)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雜,并有很大的隨機性,定量計算十分困難,而客觀(guān)卻存在一個(gè)主導脫落頻率。當這一主導脫落頻率(亦包括高次諧波)在與調節閥及其附屬裝置的結構頻率接近或一致時(shí),發(fā)生了共振,調節閥就產(chǎn)生了振動(dòng),并伴隨著(zhù)噪聲。振動(dòng)的強弱隨主導脫落頻率的強弱和高次諧波波動(dòng)方向一致性的程度而定。

3、防范措施

　　從調節閥的使用和理論分析可以證明,誘發(fā)調節閥振動(dòng)和噪聲的因素有很多,這些因素又相互影響,很多都是同時(shí)發(fā)生的,這就使調節閥的減震降噪更加困難,需要結合閥門(mén)材質(zhì)、結構和流體動(dòng)力學(xué)等方面綜合考慮。

3.1、預防機械振動(dòng)

　　(1)調節閥安裝位置應遠離振動(dòng)源,如不可避免,應采取預防措施。

　　(2)正確選擇零部件。如果閥瓣快速的忽高忽低的變化,閥門(mén)定位器靈敏度又太高,調節器輸出微小的變化或飄移,就會(huì )立即轉換成定位器輸出信號很大,致使閥振蕩。調節閥的摩擦力太小,外界輸入信號有微小的變化或飄移,會(huì )立即傳遞給閥瓣,使其振動(dòng)。相反,如調節閥的摩擦力太大,則在小信號時(shí)動(dòng)作不了,信號大時(shí)一經(jīng)動(dòng)作又產(chǎn)生過(guò)大的現象,會(huì )使調節閥產(chǎn)生遲滯性振蕩。遇到這種情況,應當減小調節閥相應部分的阻尼來(lái)解決,如更換填料等。

　　(3)合理設計閥門(mén)結構。為避免閥桿相對于導向套筒表面的側向運動(dòng),在高頻振動(dòng)下產(chǎn)生疲勞斷裂,提高閥門(mén)的抗振能力,可將容易承受紊流形式的柱塞節流結構變?yōu)楣澚髡止澚鹘Y構,將懸壁梁頂尖導向方式改成節流罩導向方式,或采取縮小導向間隙、選用剛性導向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。

3.2、預防氣蝕振動(dòng)

　　(1)避免小開(kāi)度工作。調節閥開(kāi)度太小,致使節流口處流速增大,壓力迅速減小,流體流經(jīng)閥門(mén)很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應避免調節閥長(cháng)時(shí)間在小開(kāi)度下工作,同時(shí)應盡量減小調節閥前后壓差。

　　(2)合理的開(kāi)車(chē)工藝。生產(chǎn)現場(chǎng)的開(kāi)車(chē)工藝對調節閥的使用情況至關(guān)重要,對于工作壓力較高而前后壓差較低的調節閥更是如此。這是因為調節閥是根據設計壓差進(jìn)行選型的,是能保證在設計條件下的正常安全使用。但是生產(chǎn)現場(chǎng)的開(kāi)車(chē)工藝大多都是閥門(mén)關(guān)閉的情況下,上游管道開(kāi)始建壓,當閥前壓力達到設計要求時(shí)閥門(mén)開(kāi)啟,而此時(shí)閥后壓力仍然很小,這就使閥門(mén)處在很小的開(kāi)度、很高的壓差下的工作狀態(tài),會(huì )產(chǎn)生嚴重的振蕩和氣蝕,影響閥門(mén)的使用壽命,更有可能損壞閥門(mén)。所以現場(chǎng)開(kāi)車(chē)時(shí),應盡量使前后壓力同時(shí)建立到設計條件后,快速開(kāi)啟閥門(mén),保證閥門(mén)在設計條件下工作。

　　(3)多級分配壓降。調節閥前后壓差不應太大,應合理的選擇閥門(mén)的結構形式及合理的進(jìn)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(jìn)結構。若工況系統不宜于多級減壓結構,也可采用節流套筒的結構,但是套筒的結構和尺寸選擇也要根據實(shí)際情況(如介質(zhì)中是否含有固體顆粒)合理選擇。

3.3、預防流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)

　　(1)保證執行機構的輸出力。當流體通過(guò)調節閥時(shí),閥瓣在靜壓和動(dòng)壓的作用下產(chǎn)生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉動(dòng),軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調節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節閥的行程位置與執行機構信號壓力之間的關(guān)系。因此,執行機構的輸出力應足以克服不平衡力,以保證調節質(zhì)量。

　　(2)改變流動(dòng)狀態(tài)。為了防止高速汽流進(jìn)入閥體后發(fā)生高速旋流,可在調節閥的閥體腔內加焊一塊擋汽板。

　　(3)避免產(chǎn)生共振。為克服流體誘發(fā)調節閥振動(dòng),應降低流體旋渦主導脫落頻率的形成概率和湍流體波動(dòng)壓力場(chǎng)中各波動(dòng)分量在方向、頻率等一致的概率。

4、結語(yǔ)

　　調節閥的結構較為復雜,其內部不穩定流動(dòng)是典型的非定常復雜內流問(wèn)題。調節閥的振動(dòng)和噪聲是受很多因素共同作用而產(chǎn)生的,應充分考慮機械振動(dòng)、氣蝕振動(dòng)和流體動(dòng)力學(xué)振動(dòng)給調節閥帶來(lái)的影響�？梢圆扇『侠碓O計閥門(mén)材質(zhì)和結構、減小閥門(mén)前后壓差、多級減壓結構和避免閥門(mén)在小開(kāi)度下工作等減振降噪的常用方法。另外調節閥的選型也應留有足夠的安全裕量,以便實(shí)際工作狀態(tài)改變后有足夠強的工況適應性。