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(xiàng)，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(jìn)和防范措施。控制閥振動的具體情況壓力控制閥振動時(shí)壓力控制整個(gè)流程如下：閥門氣缸進(jìn)氣約j s后，控制閥動作開啟高度達(dá)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(shí)氣缸內(nèi)壓力約280 kPa;當(dāng)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(dāng)氣缸內(nèi)剩余壓力約230 kPa時(shí)，閥門接近全關(guān)，開啟高度不足0.2 mm，此時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(rèn)為，控制閥關(guān)閉過程中產(chǎn)生的氣穴進(jìn)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(shí)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(dá)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(shí)閥桿的反彈都說明了閥桿在接近全關(guān)位置時(shí)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(yán)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(jī)械（包括電力機(jī)械、化工機(jī)械、流體動力機(jī)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(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全和壽命以及操作人員的身心健康。克服調(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(jì)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。控制閥一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按其所配執(zhí)行機(jī)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(shí)，會使系統(tǒng)管道跳動，附件及元件振松，伴隨產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重時(shí)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(yùn)。
控制閥產(chǎn)生振動與頻率有關(guān)，當(dāng)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(shí)，外力在整個(gè)周期內(nèi)對系統(tǒng)做正功，受迫振動的能量達(dá)到大值，這 種現(xiàn)象稱為共振，此時(shí)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(gè)條件，就破壞了共振，達(dá)到消除振動和伴隨噪 聲的目的。那么，能否在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通過計(jì)算來防止它們頻率相等呢?答案是否定的，因?yàn)楣逃?頻率一般無法計(jì)算，只能在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)生共振時(shí)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(rèn)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(jī)械振動、氣蝕振動和流體動力學(xué)振動等原因。

2.1 機(jī)械振動機(jī)
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(gè)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(gè)調(diào)節(jié)閥振動。此外還與頻率有關(guān)，即當(dāng)外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時(shí)受迫振動的能量達(dá)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(gè)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生嚴(yán)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(shí)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(jī)性，定量計(jì)算十分困難，而客觀卻存在一個(gè)主導(dǎo)脫落頻率。當(dāng)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(shí)，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(qiáng)弱隨主導(dǎo)脫落頻率的強(qiáng)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(shí)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(jī)械振動
（1）調(diào)節(jié)閥安裝位置應(yīng)遠(yuǎn)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(shí)動作不了，信號大時(shí)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(dāng)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(jì)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(yùn)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(shí)間在小開度下工作，同時(shí)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?yàn)檎{(diào)節(jié)閥是根據(jù)設(shè)計(jì)壓差進(jìn)行選型的，是能保證在設(shè)計(jì)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(dāng)閥前壓力達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)閥門開啟，而此時(shí)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(yán)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(shí)，應(yīng)盡量使前后壓力同時(shí)建立到設(shè)計(jì)條件后，快速開啟閥門，保證閥門在設(shè)計(jì)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(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(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(shí)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(jī)構(gòu)的輸出力。當(dāng)流體通過調(diào)節(jié)閥時(shí)，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(jī)構(gòu)信號壓力之間的關(guān)系。因此，執(zhí)行機(jī)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(jìn)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(jī)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。可以采取合理設(shè)計(jì)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(shí)際工作狀態(tài)改變后有足夠強(qiáng)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