壓力控制閥振動原因分析

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現(xiàn)在介紹壓力控制閥振動原因分析摘 要：分析了調(diào)節(jié)閥振動和噪聲產(chǎn)生的原因，提出了有針對性的改進和防范措施。控制閥振動的具體情況壓力控制閥振動時壓力控制整個流程如下：閥門氣缸進氣約j s后，控制閥動作開啟高度達到約0.8 mm，約為總行程的4%；控制閥開啟狀態(tài)下冷流噴淋維持約10s，此時氣缸內(nèi)壓力約280 kPa;當除氣冷凝器內(nèi)壓力下降到一定值后，控制闊氣缸排氣，控制閥開始關(guān)閉，當氣缸內(nèi)剩余壓力約230 kPa時，閥門接近全關(guān)，開啟高度不足0.2 mm，此時控制閥開始振動，閥桿反彈帶動隔膜壓縮氣缸并導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓力上升，然后氣缸內(nèi)壓力迅速F降，控制閥也迅速全關(guān)，整關(guān)閉過程約10 s。2-63332-PCV24控制閥曾關(guān)閉耗時約30 s，控制閥劇烈振動，通過儀控手段死區(qū)信號調(diào)整，調(diào)短關(guān)閉時間后振動現(xiàn)象消失，但對于振動的其他控制閥．嘗試調(diào)短關(guān)閉時間后仍無法解決振動。
    (3)控制閥振動原因分析
    控制閥的結(jié)構(gòu)如圖7-10所示。分析認為，控制閥關(guān)閉過程中產(chǎn)生的氣穴進而導(dǎo)致控制閥振動。氣穴是液態(tài)流體經(jīng)過節(jié)流部位時產(chǎn)生高壓降，局部流體壓力低于飽和蒸汽壓力．形成氣泡，流經(jīng)節(jié)流部位之后，壓力恢復(fù)又導(dǎo)致氣泡內(nèi)向爆裂，破裂產(chǎn)生的振動波壓力高達600 MPa以上。
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥控制閥的振動及振動時閥桿的反彈都說明了閥桿在接近全關(guān)位置時突然受到沆體巨大的作用力；而控制閥緩慢關(guān)閉。介質(zhì)正常的流速和壓力變化一般也應(yīng)處于漸變狀態(tài)，推控制閥密封面后突然出現(xiàn)了嚴重的氣蝕現(xiàn)象，氣泡的產(chǎn)生并破裂導(dǎo)致密封面受到高壓振動瞬間導(dǎo)致閥桿受力上升并產(chǎn)生振動。解體控制閥后發(fā)現(xiàn)閥門密封面出口附近氣

壓力控制閥振動原因分析關(guān)鍵字：調(diào)節(jié)閥；振動；噪聲；防范措施

1 概述
調(diào)節(jié)閥是流體機械（包括電力機械、化工機械、流體動力機械等）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)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)節(jié)閥的振動、噪聲與閥桿轉(zhuǎn)動現(xiàn)象，甚至由于振動導(dǎo)致閥桿斷裂等事故也時有發(fā)生，嚴重影響設(shè)備的安全和壽命以及操作人員的身心健康?？朔{(diào)節(jié)閥振動與噪聲，延長其使用壽命已經(jīng)引起許多設(shè)計制造部門和研究單位的高度關(guān)注。
控制閥又稱調(diào)節(jié)閥，是執(zhí)行器的主要類型，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變流體流量?？刂崎y一般由執(zhí)行機構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機構(gòu)使用的動力，控制閥可以分為氣動、電動、液動三種。下面我們就來說說控制閥會產(chǎn)生振動的原因。
控制閥產(chǎn)生振動時，會使系統(tǒng)管道跳動，附件及元件振松，伴隨產(chǎn)生噪聲，嚴重時甚至 將閥桿振斷，閥座脫落，致使系統(tǒng)無法正常工作，有的甚至根本不能投運。
控制閥產(chǎn)生振動與頻率有關(guān)，當外力的頻率與系統(tǒng)的固有頻率(無阻尼的理想振動頻 率)相同或接近時，外力在整個周期內(nèi)對系統(tǒng)做正功，受迫振動的能量達到大值，這 種現(xiàn)象稱為共振，此時的外力稱為策動力。
由此可見，產(chǎn)生共振的條件必須是策動力與 系統(tǒng)固有的頻率相等或接近。破壞了這個條件，就破壞了共振，達到消除振動和伴隨噪 聲的目的。那么，能否在系統(tǒng)設(shè)計時，通過計算來防止它們頻率相等呢?答案是否定的，因為固有 頻率一般無法計算，只能在實際運行中，發(fā)生共振時加以消除。
需要指出的是，共振本身是一種巧合，不是閥的質(zhì)量問題。不少人認為是閥造成的，而 不從消除共振上想辦法，這是不對的。以上就是我們?yōu)榇蠹铱偨Y(jié)的關(guān)于控制閥會產(chǎn)生振動的原因，希望可以幫助到你。
2 原因分析
調(diào)節(jié)閥的振動與噪聲根據(jù)其誘發(fā)因素不同，大致可分為機械振動、氣蝕振動和流體動力學(xué)振動等原因。

2.1 機械振動機
械振動根據(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥的整體振動，即整個調(diào)節(jié)閥在管道或基座上頻繁顫動，其原因是由于管道或基座劇烈振動，引起整個調(diào)節(jié)閥振動。此外還與頻率有關(guān)，即當外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時受迫振動的能量達到大值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調(diào)節(jié)閥閥瓣的振動，其原因主要是由于介質(zhì)流速的急劇增加，使調(diào)節(jié)閥前后差壓急劇變化，引起整個調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生嚴重振蕩。
2.2 氣蝕振動
氣蝕振動大多發(fā)生在液態(tài)介質(zhì)的調(diào)節(jié)閥內(nèi)。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調(diào)節(jié)閥內(nèi)流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調(diào)節(jié)閥開度越小，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(yīng)的阻塞流壓降也就越小。
2.3 流體動力學(xué)振動
介質(zhì)在閥內(nèi)的節(jié)流過程也是其受摩擦、受阻力和擾動的過程。湍流體通過不良繞流體的調(diào)節(jié)閥時形成旋渦，旋渦會隨著流體的繼續(xù)流動的尾流而脫落。這種旋渦脫落頻率的形成及影響因素十分復(fù)雜，并有很大的隨機性，定量計算十分困難，而客觀卻存在一個主導(dǎo)脫落頻率。當這一主導(dǎo)脫落頻率（亦包括高次諧波）在與調(diào)節(jié)閥及其附屬裝置的結(jié)構(gòu)頻率接近或一致時，發(fā)生了共振，調(diào)節(jié)閥就產(chǎn)生了振動，并伴隨著噪聲。振動的強弱隨主導(dǎo)脫落頻率的強弱和高次諧波波動方向一致性的程度而定。
3 防范措施
從調(diào)節(jié)閥的使用和理論分析可以證明，誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動和噪聲的因素有很多，這些因素又相互影響，很多都是同時發(fā)生的，這就使調(diào)節(jié)閥的減震降噪更加困難，需要結(jié)合閥門材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和流體動力學(xué)等方面綜合考慮。
3.1 預(yù)防機械振動
（1）調(diào)節(jié)閥安裝位置應(yīng)遠離振動源，如不可避免，應(yīng)采取預(yù)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，閥門定位器靈敏度又太高，調(diào)節(jié)器輸出微小的變化或飄移，就會立即轉(zhuǎn)換成定位器輸出信號很大，致使閥振蕩。調(diào)節(jié)閥的摩擦力太小，外界輸入信號有微小的變化或飄移，會立即傳遞給閥瓣，使其振動。相反，如調(diào)節(jié)閥的摩擦力太大，則在小信號時動作不了，信號大時一經(jīng)動作又產(chǎn)生過大的現(xiàn)象，會使調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生遲滯性振蕩。遇到這種情況，應(yīng)當減小調(diào)節(jié)閥相應(yīng)部分的阻尼來解決，如更換填料等。
（3）合理設(shè)計閥門結(jié)構(gòu)。為避免閥桿相對于導(dǎo)向套筒表面的側(cè)向運動，在高頻振動下產(chǎn)生疲勞斷裂，提高閥門的抗振能力，可將容易承受紊流形式的柱塞節(jié)流結(jié)構(gòu)變?yōu)楣?jié)流罩節(jié)流結(jié)構(gòu)，將懸壁梁*導(dǎo)向方式改成節(jié)流罩導(dǎo)向方式，或采取縮小導(dǎo)向間隙、選用剛性導(dǎo)向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。
3.2 預(yù)防氣蝕振動
（1）避免小開度工作。調(diào)節(jié)閥開度太小，致使節(jié)流口處流速增大，壓力迅速減小，流體流經(jīng)閥門很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應(yīng)避免調(diào)節(jié)閥長時間在小開度下工作，同時應(yīng)盡量減小調(diào)節(jié)閥前后壓差。
（2）合理的開車工藝。生產(chǎn)現(xiàn)場的開車工藝對調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥更是如此。這是因為調(diào)節(jié)閥是根據(jù)設(shè)計壓差進行選型的，是能保證在設(shè)計條件下的正常安全使用。但是生產(chǎn)現(xiàn)場的開車工藝大多都是閥門關(guān)閉的情況下，上游管道開始建壓，當閥前壓力達到設(shè)計要求時閥門開啟，而此時閥后壓力仍然很小，這就使閥門處在很小的開度、很高的壓差下的工作狀態(tài)，會產(chǎn)生嚴重的振蕩和氣蝕，影響閥門的使用壽命，更有可能損壞閥門。所以現(xiàn)場開車時，應(yīng)盡量使前后壓力同時建立到設(shè)計條件后，快速開啟閥門，保證閥門在設(shè)計條件下工作。
（3）多級分配壓降。調(diào)節(jié)閥前后壓差不應(yīng)太大，應(yīng)合理的選擇閥門的結(jié)構(gòu)形式及合理的進行壓差分配，如果條件允許可以采用多級減壓，避免氣蝕的發(fā)生。
（4）改進結(jié)構(gòu)。若工況系統(tǒng)不宜于多級減壓結(jié)構(gòu)，也可采用節(jié)流套筒的結(jié)構(gòu)，但是套筒的結(jié)構(gòu)和尺寸選擇也要根據(jù)實際情況（如介質(zhì)中是否含有固體顆粒）合理選擇。

3.3 預(yù)防流體動力學(xué)振動
（1）保證執(zhí)行機構(gòu)的輸出力。當流體通過調(diào)節(jié)閥時，閥瓣在靜壓和動壓的作用下產(chǎn)生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉(zhuǎn)動，軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥的行程位置與執(zhí)行機構(gòu)信號壓力之間的關(guān)系。因此，執(zhí)行機構(gòu)的輸出力應(yīng)足以克服不平衡力，以保證調(diào)節(jié)質(zhì)量。
（2）改變流動狀態(tài)。為了防止高速汽流進入閥體后發(fā)生高速旋流，可在調(diào)節(jié)閥的閥體腔內(nèi)加焊一塊擋汽板。
（3）避免產(chǎn)生共振。為克服流體誘發(fā)調(diào)節(jié)閥振動，應(yīng)降低流體旋渦主導(dǎo)脫落頻率的形成概率和湍流體波動壓力場中各波動分量在方向、頻率等一致的概率。

4 結(jié)語
調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其內(nèi)部不穩(wěn)定流動是典型的非定常復(fù)雜內(nèi)流問題。調(diào)節(jié)閥的振動和噪聲是受很多因素共同作用而產(chǎn)生的，應(yīng)充分考慮機械振動、氣蝕振動和流體動力學(xué)振動給調(diào)節(jié)閥帶來的影響?？梢圆扇『侠碓O(shè)計閥門材質(zhì)和結(jié)構(gòu)、減小閥門前后壓差、多級減壓結(jié)構(gòu)和避免閥門在小開度下工作等減振降噪的常用方法。另外調(diào)節(jié)閥的選型也應(yīng)留有足夠的安全裕量，以便實際工作狀態(tài)改變后有足夠強的工況適應(yīng)性。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用