低噪声控制阀的应用

控制阀在运行环境中主要的噪声为机械振动噪声、液体动力噪声和气体动力噪声。

（1）机械噪声主要来源于阀门零件的振动或其振动的固有频率与流体产生的湍流波动、涡流噪声频率相吻合时而产生共振，这种噪声可以通过优化阀门设计，采用全行程阀笼导向和更小的配合间隙来消除。

（2）液体动力噪声主要是由于液体介质在流动的过程中所产生气蚀而引起的，当流体通过控制阀的阀芯、阀座形成的节流端面时，流体流速突然急剧增加而静压力骤然下降，若节流端面后的压力降到介质的饱和蒸汽压以下时， 介质开始沸腾，出现气泡，而当流体流经阀座后下降的压力在下游一侧逐渐回升，节流后的压力又恢复饱和蒸汽压之上时，气泡因再次受压而破灭，就形成气蚀。气蚀有极大的冲击力，会产生爆炸噪声，爆炸冲击还会引起阀门或阀门零部件的振动，这种噪声主要是通过阀门结构本身来解决的，可以通过选用特殊的防气蚀阀门来消除气蚀，避免噪声产生。

（3）气体动力噪声是由气体、蒸汽发生紊流时所产生的巨大冲击力，高速气体流动受阻，突然迅速膨胀、减速及流动方向突然改变均会造成紊流现象而引起的，气体动力噪声是控制阀最主要的噪声源，它会沿着下游管道，传送到各处，严重时将会因振动过大而破坏管道系统。工业上遇到的控制阀噪声，大多数是气体动力噪声。

本文主要针对降低气体动力噪声的低噪声控制阀进行简要分析。

现在国内外各个控制阀厂家也有许多不同的降低气体动力噪声的低噪声控制阀结构，现在常用的结构主要有： 开槽型、曲折通道型和多孔型。

开槽型结构

如图1所示，开槽型阀笼是指具有长而窄的槽布置在全部直径周围，当流体通过槽孔流动时，使得湍流度最小和在膨胀区域内提供一个良好的速度分布，当压差ΔP 与入口压力P1的比值即ΔP/ P1≤0.65 时，或是下游最大流速等于或小于声速的1/2时，这种孔缝式套筒是最有效的噪声治理方法, 其所产生的噪声级要比一般调节件减小约15dBA，出口流速限制低于0.5马赫。如果当ΔP/P1 >0.65 时，孔缝式套筒便失去了作用。在这种高压差情况下可以采用扩容器与开槽型阀笼组合法（见图2），将总压差分成2 级调节，能提高流通能力并且改善噪声的性能。这种情况与其它低噪声的阀门结构相比，成本也是较低的。

多孔型结构

如图4所示，多孔型阀笼是采用一个或多个圆柱体，也叫做级，在圆柱体上带有几组按一定规律排列的小孔，小孔射流能够把大的湍流破裂为许多较小的涡流，而且可以将声音的频率移到人耳不敏感的超声范围，从而达到降低噪声的目的。而且阀笼上所有小孔的位置都是经过仔细计算的，适当的隔开和排列，使声波在进入小孔之前就相互撞击，消耗能量,达到消耗声能的目的。

带有多孔型阀笼的控制阀具有标准的直线流量特性。

如图4-1所示： 当压差变化率△P/P1≤0.6时，选用A1型内件，多孔型阀笼可以采用1级设计方案，即在阀笼圆柱体上按一定规律排列相同孔径的小孔，这样在降低噪音的同时也能保证有足够大的流量系数；

如图4-2所示当压差变化率△P/P1>0.6而≤0.75时选用B3型内件；

如图4-3当压差变化率△P/P1>0.75而 ≤ 0.85时，选用C3型内件，多孔型阀笼也是采用1级设计方案，但是在阀笼圆柱体上设计出了1组多层节流形式，即按一定规律排列的每组有不同孔径的小孔，使介质分段降压，这样在降低噪声的同时流量系数稍有减小，内件B3 和C3的主要区别在于孔径和孔间距不同；

如图4-4当压差变化率△P/P1>0.8而≤0.99时，一般采用2级设计方案， 多层诸多小孔节流的形式，将总压差分成多步降压，介质从下部流入阀笼再从阀笼外层上的许多小孔流出，阀笼的性能与这些小孔的孔距、孔径和分布有着密切的关系，因此设计时要计算好节流孔尺寸和间距，保证单孔射流的独立性，使得控制阀能够在高压差比场合下降低噪声。

这种多孔节流设计方案最大能降低调节阀噪声约为30dBA,当最大出口流速达到或小于0.3马赫时，这种多孔节流的设计是最为行之有效的降噪声方法。

我公司现阶段生产的低噪音控制阀主要是开槽型和多孔型结构，在实际选型及应用中能够满足大部分用户的要求。下面主要通过我单位生产的HPQ-D3系列两级多孔式阀笼的设计原理，压降分配图（图5）来分析一下设计结构的可行性,此结构的特点是利用多级减压结构，把阀门的大压降分成若干小的压降，由于喷注噪声功率与压降的高次方成正比的关系，从而达到降低噪声的效果，另外采用小孔结构，把节流通道分成若干个小通道，可减少涡流，而且利用小孔结构的移频原理，可将一部分噪声能量在频率分布上移向高频，从而降低干扰噪声。

通过FLOW WORKS 软件对HPQ-D3系列两级多孔式低噪声笼式阀模拟压降情况，其中设计参数是阀前10MPa、阀后1MPa,介质为空气，如图5所示。从图5中可以看出HPQ系列两级多孔式低噪声阀笼的设计关键是它在应用中的突然膨胀和收缩，当气体通过阀座进入第一层阀笼时，由于第一层阀笼为阶梯孔设计，流体进行一次收缩，一次膨胀，降低了一部分压力，而当气体流出阶梯孔时，由于两层阀笼之间设计一定的间隙，又使流体进行一次膨胀，降低了一部分压力，降低流体流速；当流体最后由外层阀笼喷射时，又经历了一次压缩过程，降低了部分压力，而且设计时将外层孔的总面积稍大于阀体出口面积，因此流体流速也会降低，所以， 此种设计方法，在每一级处都发生部分的压力降，总压降很大，而且同时也降低了流体的出口流速，在降压的同时消耗能量，能够做到在多级降压的同时降低噪声。

下面以我公司生产的开槽型、多孔型以及KOSO公司生产的曲折通道型控制阀为例分析一下低噪音阀与普通内件控制阀的区别。

1、开槽型结构与普通内件Kv值对比（直线特性）由表1数据及图6曲线分析可知， 开槽型低噪音控制阀与普通GT型控制阀相比，流量系数Kv值减少28.4%，对于GTQ开槽型低噪音控制阀在40%行程以下流量特性接近直线，而且流量变化很大，在40%行程以上已经接近快开特性，不利于控制阀用于可调节场合。

2、曲折通道型结构由KOSO产品宣传样本中可知普通内件笼式阀501G-DN100，流量系数为Cv= 204 ， 而曲折通道型结构的510D-DN100多级降压笼式阀的流量系数为：2级Cv=85，4级Cv=69，6级Cv=58 ，, 8 级Cv=43 。由以上数据可知，曲折通道型多级降压笼式阀的流量系数与普通内件的笼式阀流量系数也是降低的，而且同一口径提供了多个可以选择的流量系数。在实际使用中除了考虑介质的洁净，防止堵塞，也要根据实际的压降要求及内件材质选择合适的降压级数。

3、多孔型结构与普通内件Cv值对比（直线特性）由表2数据及图7曲线分析可知， 对于HPQ-A1/B3/C3/D3的低噪音控制阀与普通内件控制阀流量系数相比，从A1到D3流量系数逐渐减小，在保证降低噪音的同时，流量特性曲线符合直线特性的的要求，而且同一口径根据不同的压差比要求具有四种流量系数可供选择， 选择范围很宽，对于气体产生噪音的场合，噪音主要是由于流体的扰动引起的，一般在选型中流量值不会很大。特性的的要求，而且同一口径根据不同的压差比要求具有四种流量系数可供选择， 选择范围很宽，对于气体产生噪音的场合，噪音主要是由于流体的扰动引起的，一般在选型中流量值不会很大。

随着人们对环境意识的增强，对低噪音阀门的需求是必然的趋势，一些欧、美、日的阀门公司如Masoneilan、Fisher、KOSO、CCI等阀门公司很早就已经开始了低噪音阀门的研发设计工作，并且达到了一定的水平，而我国虽然也已经在阀门噪声方面进行了一定的研究，但是在一定程度上对控制阀噪音的重视度不足，因此我认为作为阀门设计者应高度重视噪音问题，在控制阀设计过程中加以运用，这样才能开发出满足市场需求的产品。