壓縮機(jī)防喘振閥門的噪音和選型淺談

摘要：針對(duì)壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要性，分析壓縮機(jī)防喘振閥門打開時(shí)產(chǎn)生的噪音類型，分析其產(chǎn)生原因，通過對(duì)噪音的介紹，選擇合適的閥門結(jié)構(gòu)型式，最大程度上降低壓縮機(jī)配套閥門的噪音。

關(guān)鍵詞：喘振 ?防喘振閥 ?噪音 ?低噪音閥門

壓縮機(jī)在現(xiàn)代的各行各業(yè)中都扮演著重要的角色，它把低壓氣體轉(zhuǎn)換成高壓氣體，為各種相關(guān)的設(shè)備提供動(dòng)力，在采礦、冶金、化工、醫(yī)療、食品等行業(yè)中，壓縮機(jī)是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。

1 壓縮機(jī)的喘振及其危害

當(dāng)壓縮機(jī)的流量減少時(shí)，隨著旋轉(zhuǎn)失速的產(chǎn)生，壓縮機(jī)的氣體流量和排氣壓力周期性的低頻率、大幅度的波動(dòng)，引起機(jī)器的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種現(xiàn)象就是壓縮機(jī)的喘振[1]。當(dāng)壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振時(shí)，極易出現(xiàn)流體倒流的現(xiàn)象，為了避免出現(xiàn)喘振的工況，一般是把防喘振閥打開，使流體回流到壓縮機(jī)入口，讓壓縮機(jī)的最小工作流量始終大于喘振的最小極限流量。當(dāng)壓縮機(jī)的流量出現(xiàn)大的波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的性能會(huì)出現(xiàn)很大的變化，喘振就是導(dǎo)致出現(xiàn)這種工況的罪魁禍?zhǔn)字?。大量回流流體在通過防喘振閥門時(shí)，導(dǎo)致防喘振閥出現(xiàn)噪音，尤其是在大壓差的透平壓縮機(jī)組上面防喘振閥門的噪音會(huì)更大。導(dǎo)致防喘振閥門產(chǎn)生噪音的主要是噴射噪音、渦流噪音、激波噪音，下面將闡述閥門的這三種噪音以及產(chǎn)生的原因。

1.1 噴射噪音 當(dāng)氣流從管口高速噴射出來與周圍靜止的氣流發(fā)生強(qiáng)烈的混合而發(fā)生的噪音[2]，在壓縮機(jī)組中，當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生喘振的時(shí)候，需要大量的氣體回流來降低喘振的發(fā)生機(jī)率，防喘振閥快速開啟，由于閥門下游的壓力比較小，在閥芯的節(jié)流口噴射出的氣流與下游靜止的流體碰撞的時(shí)候，這時(shí)的流體的流速會(huì)達(dá)到最大，會(huì)把大量的氣體卷進(jìn)去，從而形成一股喘流很大的噴射噪音。閥內(nèi)件在受到噴射流體的沖擊后，由于套筒和閥芯、閥桿和導(dǎo)向套的間隙，閥內(nèi)件會(huì)發(fā)生剛性的碰撞，噴射噪音和金屬的振動(dòng)噪音的疊加，噪音會(huì)更加厲害。如圖1所示：高速的氣體噴射到閥內(nèi)件表面，導(dǎo)致閥內(nèi)件隨著氣體的壓力波動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)。

1.2 渦流噪音 當(dāng)氣體流經(jīng)障礙物時(shí)，由于氣體分子粘滯摩擦力的影響，具有一定速度的氣流與障礙物背后相對(duì)靜止的氣流相互運(yùn)動(dòng)作用下，在障礙物的下游形成帶有渦流的氣流，這些渦流不斷形成又不斷脫落，每一個(gè)渦流的中心的壓強(qiáng)低于周圍流體的壓強(qiáng)，每當(dāng)一個(gè)渦旋脫落時(shí)，喘動(dòng)氣流會(huì)出現(xiàn)，氣體壓強(qiáng)跳變[2]，這些喘動(dòng)的氣流通過障礙物的傳遞，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)喘流噪音。如圖2[3]所示。在閥門中也會(huì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象，當(dāng)高壓氣體進(jìn)入閥體內(nèi)部，尤其是經(jīng)過閥芯和套筒的節(jié)流孔時(shí)，套筒內(nèi)部的氣壓低于套筒外部的壓強(qiáng)，氣體在套筒內(nèi)部形成渦旋，喘動(dòng)氣流就會(huì)出現(xiàn)，氣體壓強(qiáng)出現(xiàn)跳變，當(dāng)這些氣體的跳變通過套筒、閥芯的傳遞，達(dá)到一定的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)渦流噪音。

1.3 激波噪音 激波也叫沖擊波，類似于爆炸產(chǎn)生的沖擊波一樣，沖擊波是一種壓強(qiáng)極高的壓縮波[2]，能夠在流體中以波的形式傳遞，沖擊波的傳遞速度大于聲速，沖擊波在傳遞過程中有能量的轉(zhuǎn)換，特別是在壓差大的透平式壓縮機(jī)中，當(dāng)閥前、閥后的壓差超過臨界壓力的情況下最容易出現(xiàn)沖擊波，氣體在閥門打開的一瞬間，以超音速的速度沖向閥內(nèi)件，在閥內(nèi)件的表面，氣體來不及流出去而突然被壓縮，形成激波，激波的壓強(qiáng)越大，速度越快，噪音越大。產(chǎn)生激波噪音的同時(shí)，也伴隨著噴射噪音和渦流噪音，但比起激波噪音，噴射和渦流噪音對(duì)閥門的損壞已不是最主要的，激波對(duì)閥內(nèi)件表面集中產(chǎn)生變形，并造成微小的局部損壞，隨著材料的疲勞和流體的沖蝕，閥內(nèi)件出現(xiàn)了沖蝕性的粗糙面，同時(shí)也伴著像金屬擊打的噪音。

通過下面的氣體流速和噪音公式知道，流體閥后壓力越?。黧w的壓差越大）和流速對(duì)閥門的噪音的影響越大，速度越大，噪音越大，壓差越大、噪音也越大。

流速M(fèi)=■

噪音SL=10Lg■SLg

式中：M——流體流速（馬赫數(shù)）;SL——流體噪音（分貝）;Q——流體流量（標(biāo)準(zhǔn)米2/小時(shí)）;G——流體比重;T——絕對(duì)溫度（K）;P2——閥后壓力（巴絕壓）;d——閥門出口直徑（mm）;D——下游管道直徑（mm）;t——管道壁厚（mm）;SLg——?dú)怏w特性系數(shù)。

2 降壓降噪閥門類型

2.1 閥內(nèi)件打孔的低噪音閥門 閥內(nèi)件打孔的低噪音閥門，把籠式閥套筒上面的窗口改為小孔。當(dāng)氣體通過具有適當(dāng)間隔的小孔時(shí)，能獲得較小的噴射體積，降低機(jī)械能和聲能之間的轉(zhuǎn)換效率，有效的降低噪音。其次，較小的渦流產(chǎn)生的聲波，具有較高的頻率，而閥體對(duì)高頻率聲波的衰減作用較強(qiáng)，從而減小氣體的噪音。為了獲得好的降噪效果，閥門的套筒可以做成三層組合式的，每一層套筒可以降低10分貝左右的噪音，利用閥芯和套筒的小孔將流體的動(dòng)能在閥芯部件內(nèi)部相互抵消，降低流體的流速，從而減小流體對(duì)閥內(nèi)部件的沖擊，降低閥門的噪音，它比普通的單座閥能降低15分貝左右的噪音，比籠式閥門降低10分貝左右噪音，但多層組合式的套筒的流通能力不會(huì)太大，如圖3[4]、4所示的三級(jí)降噪器。

2.2 多級(jí)節(jié)流式閥門（圖5） 它的閥芯是一種多級(jí)節(jié)流的閥芯，每一級(jí)閥芯都有導(dǎo)向，閥門穩(wěn)定，閥門不會(huì)發(fā)生震動(dòng)，流體通過曲折的通道，會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦和壓力損失，流體逐級(jí)降壓，流體方向不斷改變，產(chǎn)生很大的速度頭損失，增加流阻，控制流速，從而防止阻塞流的發(fā)生，閥內(nèi)件采用高壓自密封結(jié)構(gòu)，壓差越大，密封性越好。閥芯的節(jié)流面和密封面分開，減小流體對(duì)閥芯面的沖刷磨損，從而降低噪音。閥芯表面有大缺口，流體中有微小的顆粒也不會(huì)堵塞，閥芯不會(huì)卡死。

2.3 迷宮式低噪音閥門 迷宮式套筒是由很多個(gè)沖壓的芯片疊加在一起，經(jīng)過釬焊而成的，芯片的結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖7的套筒是由很多個(gè)節(jié)流小件組成的，芯片的表面有很多彎曲的溝槽，彎曲的溝槽增加了流體的阻尼，當(dāng)流體經(jīng)過一系列狹窄的槽或者節(jié)流小孔時(shí)，曲折的90度的轉(zhuǎn)角，截面積的逐漸增大，提供了膨脹的面積，增加了流體的摩擦損失，通過許多的槽和圓柱體小孔分級(jí)進(jìn)行壓力衰減，把流體的流速降下來，使流體的壓降始終保持在臨界壓降之上，起到了多級(jí)降壓的效果，流體的出口均勻的分布在套筒的內(nèi)壁周圍，使壓降平均分布在套筒的周圍，有效的控制了流體的流速，從而降低了噪音。

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上述三種類型的閥門是當(dāng)前閥門行業(yè)中常見的降壓降噪類型的閥門，但并不是全部，通常為了使閥門的噪音降到合理的范圍內(nèi)，也可以在閥門管道或壓縮機(jī)管道的下游使用降噪板來降低流體的壓力和流速，增加其頻率，從而降低噪音?？紤]到壓縮機(jī)的特殊性和關(guān)鍵性，上述三類降壓降噪的閥門是可取的，通過改變自身的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)降噪的方式是比較容易實(shí)現(xiàn)的，也是性價(jià)比最高的。

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作者簡介：武興廣（1986-），男，山西文水縣人，助理工程師，本科，主要從事壓縮機(jī)閥門的選型研究。