調節閥振動原因分析及防范措施

摘要：分析了調節閥振動和噪聲產生的原因，提出了有針對性的改進和防范措施。

1 概述

調節閥是流體機械（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。在煉油、石油化工和發電等工業生產過程中，經常出現調節閥的振動、噪聲與閥桿轉動現象，甚至由于振動導致閥桿斷裂等事故也時有發生，嚴重影響設備的安全和壽命以及操作人員的身心健康?？朔{節閥振動與噪聲，延長其使用壽命已經引起許多設計制造部門和研究單位的高度關注。

2 原因分析

調節閥的振動與噪聲根據其誘發因素不同，大致可分為機械振動、氣蝕振動和流體動力學振動等原因。

2.1 機械振動

機械振動根據其表現形式可以分為兩種狀態。一種狀態是調節閥的整體振動，即整個調節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，引起整個調節閥振動。此外還與頻率有關，即當外部的頻率與系統的固有頻率相等或接近時受迫振動的能量達到zui大值、產生共振。另一種狀態是調節閥閥瓣的振動，其原因主要是由于介質流速的急劇增加，使調節閥前后差壓急劇變化，引起整個調節閥產生嚴重振蕩。

2.2 氣蝕振動

氣蝕振動大多發生在液態介質的調節閥內。氣蝕產生的根本原因在于調節閥內流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調節閥開度越小，其前后的壓差越大，流體加速并產生氣蝕的可能性就越大，與之對應的阻塞流壓降也就越小。

2.3 流體動力學振動

介質在閥內的節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節閥時形成旋渦，旋渦會隨著流體的繼續流動的尾流而脫落。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脫落頻率。當這一主導脫落頻率（亦包括高次諧波）在與調節閥及其附屬裝置的結構頻率接近或一致時，發生了共振，調節閥就產生了振動，并伴隨著噪聲。振動的強弱隨主導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

從調節閥的使用和理論分析可以證明，誘發調節閥振動和噪聲的因素有很多，這些因素又相互影響，很多都是同時發生的，這就使調節閥的減震降噪更加困難，需要結合閥門材質、結構和流體動力學等方面綜合考慮。

3.1 預防機械振動

（1）調節閥安裝位置應遠離振動源，如不可避免，應采取預防措施。

（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，調節器輸出微小的變化或飄移，就會立即轉換成定位器輸出信號很大，致使閥振蕩。調節閥的摩擦力太小，外界輸人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，如調節閥的摩擦力太大，則在小信號時動作不了，信號大時一經動作又產生過大的現象，會使調節閥產生遲滯性振蕩。遇到這種情況，應當減小調節閥相應部分的阻尼來解決，如更換填料等。

（3）合理設計閥門結構。為避免閥桿相對于導向套筒表面的側向運動，在高頻振動下產生疲勞斷裂，提高閥門的抗振能力，可將容易承受紊流形式的柱塞節流結構變為節流罩節流結構，將懸壁梁*導向方式改成節流罩導向方式，或采取縮小導向間隙、選用剛性導向和柱塞頭及加大閥桿直徑等方法。

3.2 預防氣蝕振動

（1）避免小開度工作。調節閥開度太小，致使節流口處流速增大，壓力迅速減小，流體流經閥門很容易形成閃蒸和氣蝕。所以應避免調節閥長時間在小開度下工作，同時應盡量減小調節閥前后壓差。

（2）合理的開車工藝。生產現場的開車工藝對調節閥的使用情況至關重要，對于工作壓力較高而前后壓差較低的調節閥更是如此。這是因為調節閥是根據設計壓差進行選型的，是能保證在設計條件下的正常安全使用。但是生產現場的開車工藝大多都是閥門關閉的情況下，上游管道開始建壓，當閥前壓力達到設計要求時閥門開啟，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，會產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。所以現場開車時，應盡量使前后壓力同時建立到設計條件后，快速開啟閥門，保證閥門在設計條件下工作。

（3）多級分配壓降。調節閥前后壓差不應太大，應合理的選擇閥門的結構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，避免氣蝕的發生。

（4）改進結構。若工況系統不宜于多級減壓結構，也可采用節流套筒的結構，但是套筒的結構和尺寸選擇也要根據實際情況（如介質中是否含有固體顆粒）合理選擇。

3.3 預防流體動力學振動

（1）保證執行機構的輸出力。當流體通過調節閥時，閥瓣在靜壓和動壓的作用下產生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉動，軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調節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節閥的行程位置與執行機構信號壓力之間的關系。因此，執行機構的輸出力應足以克服不平衡力，以保證調節質量。

（2）改變流動狀態。為了防止高速汽流進人閥體后發生高速旋流，可在調節閥的閥體腔內加焊一塊擋汽板。

（3）避免產生共振。為克服流體誘發調節閥振動，應降低流體旋渦主導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 結語

調節閥的結構較為復雜，其內部不穩定流動是典型的非定常復雜內流問題。調節閥的振動和噪聲是受很多因素共同作用而產生的，應充分考慮機械振動、氣蝕振動和流體動力學振動給調節閥帶來的影響。可以采取合理設計閥門材質和結構、減小閥門前后壓差、多級減壓結構和避免閥門在小開度下工作等減振降噪的常用方法。另外調節閥的選型也應留有足夠的安全裕量，以便實際工作狀態改變后有足夠強的工況適應性。