調節(jié)閥工作過程中普遍存在著噪聲，這是調節(jié)閥內(nèi)在的紊流和能量吸收所引發(fā)的現(xiàn)象。從近代工業(yè)史看，工廠里消除噪聲的損害已經(jīng)是一個主要的問題。美國《職業(yè)**與健康法規(guī)》(OSHA)對所有企業(yè)明確規(guī)定了*大容許的噪聲標準。由于噪聲給人們正常的生產(chǎn)和生活造成了**的影響， 因而噪聲治理勢在必行。

　　2噪聲源分析

　　調節(jié)閥運行環(huán)境中的主要噪聲為機械振動噪聲、液體動力噪聲和氣體動力噪聲。

　　2.1機械噪聲

　　機械噪聲主要來自于閥桿的振動。閥門零部件的振動是介質壓力在閥體內(nèi)任意波動，或是流體沖擊易活動和易變形零部件的結果。機械振動*常見的噪聲源就是閥桿相對于導向面的橫向運動。這種振動形式所產(chǎn)生的噪聲頻率一般小于1500Hz，常常被描述成金屬響聲。在這種情形下，導致了閥桿以及與之配合的導向面的機械性破壞。

　　另一???機械噪聲源是共振。如果振動的頻率與結構的固有頻率相接近或相同時，便產(chǎn)生共振。共振引起一個頻率在3000～7000Hz之間的噪聲共鳴。共振不僅產(chǎn)生很大的機械噪聲，而且*終導致振動零部件的疲勞破壞。在固有頻率下容易振動的閥門部件有柱塞式閥瓣、圓筒形薄壁窗口式閥瓣、柔性金屬密封件等等。由閥門零件振動所產(chǎn)生的噪聲常常是次要的，甚至是有益的。因為它能警告人們導致閥門損壞的機械振動的存在，從而通過優(yōu)化閥門設計，消除大多數(shù)閥門零件由機械振動而產(chǎn)生的噪聲。大多數(shù)新型調節(jié)閥都采用套筒式導向結構和更小間隙的配合來消除機械振動問題。

　　2.2液體動力噪聲

　　液體動力噪聲是由于液體流動過程中所產(chǎn)生的氣蝕或稱空化現(xiàn)象引起的，這是一個主要的噪聲源。當閥門內(nèi)部某一點的靜壓低于或等于液體的飽和蒸汽壓時，在液體內(nèi)部就會產(chǎn)生氣泡。當飽和蒸汽泡流動到壓力高于飽和蒸汽壓的下游時，隨即爆破。快速破裂產(chǎn)生極強的沖擊力，致使閥門內(nèi)部或管道壁嚴重損壞，并且達到較高的噪聲級，一般可達到115dBA。氣蝕的破壞性大大縮短了閥門的使用壽命。所以使用專門特殊設計的調節(jié)組件來預防或治**蝕現(xiàn)象是必要的。

　　2.3氣體動力噪聲

　　氣體動力噪聲是由氣體、蒸汽和飽和蒸汽的調節(jié)造成紊流現(xiàn)象而產(chǎn)生的。這種噪聲能在2in（50mm）范圍內(nèi)產(chǎn)生高達至少20MPa的壓力降。氣體動力噪聲的主要來源是紊流流動時所形成的巨大沖擊力。而氣體流動受阻，高速氣體的迅速膨脹和突然減速，及流動蒸汽方向的改變等都能造成紊流現(xiàn)象。氣體動力噪聲是調節(jié)閥*主要的噪聲問題，其頻率一般為1000～8000Hz。由于大部分的能量能夠轉變成不損害閥門的氣體動力噪聲。在過去趨向于僅將閥門工作時的噪聲之外的噪聲當作有害的，所以未引起人們足夠的重視。今天隨著對環(huán)境問題包括噪聲問題的重視，對特定環(huán)境的閥門所允許發(fā)出的噪聲級做了規(guī)定。噪聲的治理是一個環(huán)境治理問題。而且OSHA法規(guī)已經(jīng)根據(jù)調節(jié)閥噪聲對環(huán)境的影響規(guī)定了*高噪聲限值。研究表明當噪聲級超過所規(guī)定的限值，大約達到110dBA時能導致調節(jié)閥零件以及與之相連管道的機械性破壞。

　　3噪聲的預估

　　快速有效地噪聲預估技術常常應用于閥門的設計過程中。噪聲衰減設備和技術非常有利于噪聲級的減小。預估技術考慮了調節(jié)閥產(chǎn)生噪聲的有關流動參數(shù)。如壓差、流動系數(shù)、閥門幾何形狀、相鄰管道尺寸和下游壓力等。基本的預估技術是將每一個噪聲級累加得到總的噪聲級。即

　　S = SΔP+ΔScg+ΔSΔP/P1+ΔSk+ΔSP2
　　式中　
      S ———與閥門相關的特定點處(調節(jié)閥安裝位置下游1m 處)的總噪聲，dBA
　　SΔP ———在聲壓級基礎上而確定的一種壓差函數(shù)， dBA
　　ΔScg ———流動系數(shù)所產(chǎn)生的噪聲累加值， dBA
　　ΔSΔP/ P1 ———受壓差變化率影響的噪聲修正數(shù)， dBA
　　ΔS k ———受管道尺寸等影響的噪聲修正數(shù)， dBA
　　ΔS P2 ———受下游壓力P2 影響的噪聲修正數(shù)， dBA

　　閥門壓差是噪聲產(chǎn)生所需能量的主要來源（圖1）。而在節(jié)流件總流通面積相同的情況下，節(jié)流孔的數(shù)量和形狀對噪聲級影響很大（圖2）。因為液體通過節(jié)流孔的流速與節(jié)流孔面積成比例關系，節(jié)流孔所產(chǎn)生的噪聲能量與節(jié)流面積的平方成比例。如果單孔節(jié)流件產(chǎn)生90dBA的噪聲，那么與其有著相同流通面積的雙孔節(jié)流件的每一小孔將產(chǎn)生84dBA的噪聲。所以單孔節(jié)流件產(chǎn)生的噪聲往往高于雙孔節(jié)流件。另外，閥門的種類，調節(jié)件的形式和流動方向也都嚴重影響著由壓差變化率所產(chǎn)生的噪聲。但是，管道尺寸等因素所產(chǎn)生的噪聲能夠被吸收掉，所以不能傳到環(huán)境當中。當提高下游壓力P2時，必然得提高管道壁的強度即增加厚度，從而減少了傳送到工作環(huán)境中的噪聲。

圖1 調節(jié)閥壓差與噪聲的關系

   （a）單孔節(jié)流件            （b）雙孔節(jié)流件

圖2 節(jié)流件幾何形狀對噪聲的影響

　　與總噪聲S有關的各項參數(shù)必須在預估噪聲之前確定出來。盡管這種計算方法似乎很麻煩，但是對于閥門的設計和噪聲的預估有著極其重要的用處。　　

　　4噪聲治理

　　噪聲治理技術分為聲源處理法和聲路處理法2 種。

　　4.1聲源處理法

　　聲源處理法是通過改變節(jié)流孔的形狀減低噪聲的，例如在套筒上開槽等。這種開槽套筒具有可互換性，常見于大多數(shù)球閥的標準調節(jié)件（圖3），套筒上應用許多狹窄而平行的孔縫設計使湍流*小，并且在閥門膨脹區(qū)的速度分布理想化。當壓差ΔP與入口壓力P1 的比值即ΔP/ P1≤0165 時，或是下游*大流速等于或小于音速的1/2時，這種孔縫式套筒是*有效的噪聲治理方法，其所產(chǎn)生的噪聲級要比一般調節(jié)件減小約15dBA。

圖3 孔縫式套筒

　　當ΔP/ P1>0.165時，孔縫式套筒便失去了作用。在這種高壓差情況下可以采用擴容器與孔縫式套筒調節(jié)件組合法（圖4），將總壓差分成2級調節(jié)，能提高流通能力并且改善噪聲的性能。擴容器提供了一個固定的限制區(qū)域，增加了閥門后壓力而且減小了流速。同時，降低了通過閥門的壓差和壓差變化率。擴容器允許開槽套筒式調節(jié)件保持在其*有效率的壓差變化率范圍之內(nèi)。如美國FISHER公司生產(chǎn)的型號為6010和6011擴容器與開槽式套筒調節(jié)件一起使用，能降低噪音約20dBA。　

圖4 組合式調節(jié)件　

　　當壓差變化率很大時，可使用諸多小孔節(jié)流的調節(jié)件（圖5）。將總壓差分成一步或更多步減壓。介質從下部流入套筒再從套筒側面上的許多小孔流出。套筒的性能與這些小孔的孔距和分布有著密切的關系，它們能減少紊流和渦流現(xiàn)象的產(chǎn)生。在許多涉及高壓差的場合，一般都在套筒外再安裝一個低噪聲板。低噪聲板作為流體從套筒噴射而出的出口，更進一步地減少了紊流現(xiàn)象。這種多孔節(jié)流的套筒調節(jié)件能降低調節(jié)閥的噪聲約30dBA。當*大的下游流速達到或小于013倍的音速時，這種多孔節(jié)流方式是*為行之有效的降噪聲方法。

圖5 小孔節(jié)流調節(jié)件

　　對于調節(jié)閥在高壓差變化率狀態(tài)下工作時，可以采取將總壓差分配在調節(jié)閥和安裝在閥門下游的低噪聲擴散板之間的方法，能非常有效地降低噪聲。為了*優(yōu)化擴散板的效力，必須設計一個安裝位置，使得閥門和擴散板產(chǎn)生相同的噪聲標準。另一種常引起噪聲問題的情形是排放孔。由于高壓差和出口高流速的影響，調節(jié)系統(tǒng)通向大氣的出口一般都是很嘈雜的。一般的做法是在出口使用消音器，將總壓差分在出口和上游的調節(jié)閥之間。適當大小的出口消音器與閥門組合在一起能降低系統(tǒng)總噪聲級約60dBA。　　

　　4.2聲路處理法

　　聲路處理法就是增加聲路阻抗力以減小傳播到環(huán)境中的聲音能量。其普遍的處理法包括使用厚壁管道、隔音材料和消音器等。只要增加管壁的厚度，就能降低噪聲。例如，將管道加厚，管壁號由40改為80，能降低噪聲約4dB。調節(jié)閥附近的噪聲級可以通過隔音材料吸收噪聲而降低。隔音材料能吸收大部分即將傳播到空氣當中的噪聲。但是，不能吸收任何通往下游的噪聲。每英寸隔音厚度能減小3～5dBA的噪聲，*大可達12～15dBA。每英寸的覆蓋面能減小8～10dBA噪聲，*大可達24～27dBA。厚壁管道或外部隔音的聲路處理法是一種經(jīng)濟有效的消除局部噪聲技術，但它只對局部噪聲減小有效。因為僅僅靠覆蓋物的方法并不能減小流動過程中的噪聲。

　　消音器是不同于上述處理方法的另一種聲路處理法，它確實能吸收一部分聲能。所以，能減小環(huán)境和管道的噪聲強度。在氣體傳播系統(tǒng)中，內(nèi)嵌式消音器能有效地消除流動區(qū)域的噪聲和消散傳送到固體邊界層的噪聲級。高流速和高壓差的閥門出口，內(nèi)嵌式消音器是經(jīng)常使用的*實際*經(jīng)濟的噪聲治理方法。使用吸收形式的內(nèi)嵌式消音器能提供幾乎任何理想程度的噪聲衰減。但從經(jīng)濟方面考慮，一般只減小大約35dBA。

　　液體動力噪聲的聲源處理法是直接處理液體，消除或減少氣蝕現(xiàn)象。氣蝕和由此產(chǎn)生的噪聲與破壞現(xiàn)象能在工程設計時期對工作條件給以適當?shù)目紤]，從而得到避免。但是工作條件是固定的，閥門有可能不得不在產(chǎn)生氣蝕的壓力條件下運行。這種情況下，可用多級節(jié)流的聲源處理法來治理噪聲。

　　聲路處理法是處**體動力噪聲的比較經(jīng)濟有效的可供選擇的辦法，但一般不用于處理液體動力噪聲。這是因為對于調節(jié)閥零件和管道，氣蝕所造成的物理性破壞要比噪聲所產(chǎn)生的破壞更為嚴重。但是如果能通過特殊研制的調節(jié)件來消除氣蝕及其造成的破壞，那么聲路處理法便能更進一步地減少氣蝕作用所產(chǎn)生的局部噪聲。

      5 結語

　　噪聲是調節(jié)閥運行過程中不可避免并普遍存在的問題。它有著多種多樣的噪聲源。隨著人們對環(huán)境保護意識的增強，調節(jié)閥的噪聲治理已經(jīng)是必然趨勢，本文所提及的大多數(shù)噪聲治理技術已經(jīng)廣泛應用于對工業(yè)環(huán)境中噪聲的預估和治理。預估技術給閥門行業(yè)敲響了警鐘，在設計閥門過程中不得不對噪聲問題給予足夠的重視。