自力式溫度調(diào)節(jié)閥噪聲源分析

    在供熱系統(tǒng)中離不開(kāi)泵、管道和閥門(mén)，可這些又都是產(chǎn)生噪聲源的設(shè)施。

    先說(shuō)管道，液體流經(jīng)管道時(shí)，由于湍流和摩擦激發(fā)的壓強(qiáng)擾動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生噪聲，特別是當(dāng)雷諾數(shù)Re>2400時(shí)的湍流狀態(tài)，這種含有大量不規(guī)則的微小旋渦的湍流，可以說(shuō)自身就處于吵的狀態(tài)。尤其流經(jīng)節(jié)流或降壓閥門(mén)、截面突變的管道或急驟拐彎的彎頭時(shí)，湍流與這些阻礙流體通過(guò)的部分相互作用產(chǎn)生渦流噪聲，其聲功率級(jí)（dB）隨流速的變化關(guān)系可表示為：△Lw=60lg，若管路設(shè)計(jì)不當(dāng)還可以產(chǎn)生空化噪聲；再說(shuō)閥門(mén)，帶有節(jié)流或限壓作用的閥門(mén)，是液體傳輸管道中影響最大的噪聲源。當(dāng)管道內(nèi)流體流速足夠時(shí)，若閥門(mén)部分關(guān)閉，則在閥門(mén)入口處形成大面積扼流，在扼流區(qū)域液體流速提高而內(nèi)部靜壓降低，當(dāng)流速大于或等于介質(zhì)的臨界速度時(shí)，靜壓低于或等于介質(zhì)的蒸發(fā)壓力，則在流體中形成氣泡。氣泡隨液體流動(dòng)，在閥門(mén)扼流區(qū)下游流速逐漸降低，靜壓升高，氣泡相繼被擠破，引起流體中無(wú)規(guī)則的壓力波動(dòng)，這種特殊的湍化現(xiàn)象稱為空化，由此產(chǎn)生的噪聲叫空化噪聲。在流量大、壓力高的管路中，幾乎所有的節(jié)流閥門(mén)均能產(chǎn)生空化噪聲，這種空化噪聲順流而下可沿管道傳播很遠(yuǎn)，這種無(wú)規(guī)則噪聲能激發(fā)閥門(mén)或管道中可動(dòng)部件的固有振動(dòng)，并通過(guò)這些部件作用于其它相鄰部件傳至管道表面，產(chǎn)生類(lèi)似金屬相撞產(chǎn)生的有調(diào)聲音?？栈肼暤穆暪β逝c流速的七次方或八次方成正比，因此為降低閥門(mén)噪音可采用多級(jí)串接閥門(mén)，目的是逐級(jí)降低流速。如我們經(jīng)常使用的截止閥，采用的是低進(jìn)高出的流向，因此當(dāng)流體流經(jīng)閥腔時(shí)，就會(huì)在控制閥瓣的下面（即扼流區(qū)內(nèi)）形成低壓高速區(qū)，產(chǎn)生氣泡。通過(guò)閥瓣后又形成高壓低速區(qū)，氣泡相繼被擠破產(chǎn)生空化噪音。

    根據(jù)以上分析可見(jiàn)管道噪聲、閥門(mén)噪聲都與液體流動(dòng)的狀態(tài)有關(guān)，換句話說(shuō)即與壓差和流速有關(guān)。

自力式溫度調(diào)節(jié)閥的噪聲調(diào)查

    下面是我們實(shí)地調(diào)查的數(shù)據(jù)。天津堿廠朝陽(yáng)樓小區(qū)換熱站，供熱面積26.5萬(wàn)平方米，管線敷設(shè)方式：室外架空，該換熱站分四個(gè)環(huán)路供出。南區(qū)管徑DN250所供面積13.2萬(wàn)平方米；北區(qū)管徑DN250所供面積10.8萬(wàn)平方米；春風(fēng)里管徑DN200，所供面積12000平方米；34＃樓管徑DN150，所供面積8012平方米。住戶反映34＃樓和春風(fēng)里安裝控制閥后噪音較大。

    2003年3月3日我們到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試（設(shè)備超聲波流量計(jì)、噪聲計(jì)），數(shù)據(jù)如下：

    實(shí)測(cè)室內(nèi)噪聲34＃樓、2、3單元57 dB；春風(fēng)里1＃樓1、3單元58 dB～60 dB，而南區(qū)1＃樓1、3、5單元為45～47 dB。從以上數(shù)據(jù)看，雖然各入戶單元流速都沒(méi)超過(guò)設(shè)計(jì)要求，但由于相對(duì)單體流速太快、壓差較大，造成在控制閥處產(chǎn)生空化噪聲。34＃樓的壓差為0.06Mpa,而南區(qū)1＃樓的壓差為0.02 Mpa，形成局部流速快和壓差大的另一個(gè)原因是34＃樓和春風(fēng)里距換熱站的距離較近。最遠(yuǎn)端用戶入口距離350米左右，而南北區(qū)最遠(yuǎn)端用戶達(dá)1000米左右，同是一個(gè)系統(tǒng)距離相差懸殊，因此造成入戶壓差相差很大，流速相差也大。由于管線又是架空安裝這種空化噪聲與支架又產(chǎn)生共振使得噪聲傳遞到室內(nèi)，此種情況在遼河油田曙光作業(yè)區(qū)也有發(fā)生。不單單是架空管線，埋地管線也可以產(chǎn)生空化和湍流摩擦噪聲。如天津北辰區(qū)的一個(gè)供熱小區(qū)是直埋管線。安裝流量控制閥后噪聲明顯增加，實(shí)測(cè)室內(nèi)達(dá)65 dB。詢問(wèn)用戶說(shuō)以前也有，但沒(méi)現(xiàn)在大，將控制閥拆除后，實(shí)測(cè)室內(nèi)還達(dá)58 dB，究其原因也是由于熱網(wǎng)平衡不好，個(gè)別單體壓差大、流速過(guò)快。前面說(shuō)過(guò)空化噪聲和聲功率與流速的七次方或八次方成正比，因此，流速雖然只差一點(diǎn)點(diǎn)，但噪聲卻增加很大。鑒于以上的情況，對(duì)朝陽(yáng)樓小區(qū)的34＃樓我們采取了逐級(jí)降壓或者說(shuō)逐級(jí)降低資用壓頭和流速的辦法。首先將支干線的出口閥門(mén)（DN150）進(jìn)行了調(diào)整，又將單元入戶閥門(mén)進(jìn)行了調(diào)整。再測(cè)34＃樓入戶壓差控制在0.03～0.05Mpa之間，再測(cè)室內(nèi)噪音2單元102已降至35 dB，3單元101降至40 dB，已滿足需求。

降噪自力式溫度調(diào)節(jié)閥的產(chǎn)生

    前面已經(jīng)提到聲功率級(jí)隨流速的變化關(guān)系為△Lw=60lg，而由△P=KVS·G2又可得出V=，因此可見(jiàn)當(dāng)流量系數(shù)（KVS）一定，流通截面積(πR2)一定時(shí)，聲功率級(jí)也可表示為△Lw=60lg，而自力式流量控制閥又是基于調(diào)整壓差達(dá)到控制流量的目的。那么如何既保證壓差又達(dá)到降噪的目的，根據(jù)以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及理論分析，我們采用了多級(jí)降壓的結(jié)構(gòu)。首先將手動(dòng)閥瓣改變?yōu)樾毙危沟昧魍ㄐ阅芗纯杀ＷC又可降低流速，這是第一級(jí)；其次將自動(dòng)閥瓣改為雙弧面，雙閥瓣結(jié)構(gòu)，流體流動(dòng)時(shí)先通過(guò)上閥瓣上圓弧面，再通過(guò)下圓弧面即方便流體通過(guò)又可降低流速，這是第二級(jí)；然后流體再通過(guò)下閥瓣的上圓弧面和下圓弧面這是第三級(jí)。同時(shí)在自動(dòng)閥瓣上還帶有側(cè)筋板即可導(dǎo)流，又可消除流體中形成的氣泡。為了消除因扼流產(chǎn)生的低壓高速區(qū)，我們開(kāi)始時(shí)在控制閥入口和手動(dòng)控制處增加了阻尼網(wǎng)降低流速，減少扼流，可經(jīng)過(guò)試驗(yàn)不可行，因?yàn)樽枘峋W(wǎng)雖然耐腐蝕（采用了不銹鋼材料），但由于網(wǎng)眼直徑的限制很容易引起堵塞；我們又將自動(dòng)閥瓣改變?yōu)槭猃X形，目的是為了減少高速區(qū)內(nèi)形成的氣泡。但由于梳齒的形狀和強(qiáng)度不利于長(zhǎng)期使用，因此也沒(méi)有采用。最后還是采取了多級(jí)降噪的結(jié)構(gòu)。我們經(jīng)過(guò)近1000多次的試驗(yàn)不斷改進(jìn)，使控制閥的噪聲從原來(lái)的65～75dB降到現(xiàn)在的45～55 dB