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                                   组合式减压阀降低噪音

                                   上海申弘阀门有限公司

     之前介绍那石油化工减压阀应用案例，现在介绍我公司生产的zjy46h型组合式减压阀在一些高水头电站（水头200m以上）使用一年后，部分用户反映主阀节流锥有气蚀和冲蚀的现象；同时，减压阀运行噪声也偏高。虽然以上问题没有影响减压阀的正常运行，但我公司针对电站反映的问题进行了分析，并进行了一系列改进试验，取得了良好结果。
  zjy46h型组合式减压阀具有高减压比、大流量、稳定性好、使用寿命长、一级减压的特点。但在高减压比的工况下运行时，由于能量消耗的形式体现，运行噪声和气蚀的现象也是不可避免的。在分析这一现象时，我们认为：合理的过流面积的几何形状可有效地减小流阻，同时有效地减少噪声和气蚀程度。
  为此，我们设计了两个改进型dn150节流锥s1#和s2#，和缸套阀座组合件，先在公司的试验台上进行试验，s2#节流锥和缸套阀座组合件，取得了明显的预计效果；然后我们又到云南计堵河水电站进行了现场试验，虽然这次试验因时间原因没有按计划全部做完，但仍可证明这次改进有着良好的效果。

产生减压阀噪音的原因可以分为如下三大类：
一、机械振动产生的噪音减压阀的零部件在流体流动时会产生机械振动，机械振动又可分为两种形式：1)低频振动，这种振动是由介质的射流和脉动造成的，其产生原因在于阀出口处的流速太快，管路布置不合理以及阀活动零件的刚性不足等。
2）高频振动，这种振动在阀的自然频率和介质流动所造成的激励频率一致时，将引起共振，它是减压阀在一定减压范围内产生的，而且一旦条件稍有变化，其噪音变化就很大。这种机械振动噪音与介质流动速度无关，多是由于蒸汽减压阀自身设计不合理产生。减小机械振动噪声的措施是，合理地设计减压阀衬套和阀杆的间隙、机械加工精度、阀的自然频率以及活动零件的刚性，正确地选用材料等。
二、组合式减压阀降低噪音流体动力学噪音流体动力学噪音是由流体通过减压阀的减压口之后的紊流及涡流所产生的，其产生的过程可以分为两个阶段：
1）紊流噪音，即由紊流流体和减压阀或管路内表面相互作用而产生的噪音，其频率和噪音级都比较低，一般并不构成噪音问题。
2）汽蚀噪音，即减压阀在减压过程中，当流体流速达到一定值时，流体(液体)就开始汽化，当液体中的气泡所受到的压力达到一定值时，就会爆炸。气泡在爆炸时，要在局部产生很高的压力和冲击波，这个冲击瞬间压力可达196mpa，但是远离爆炸中心的地方，压力急剧衰减。这个冲击波是造成减压阀汽蚀和噪音的一个主要因素。减小机械振动噪声的措施是在设计减压阀时，必须把减压阀的减压值控制在临界值以下，而且，是在δp初始以下,因为减压阀的实际减压值达到δp初始值时，液体就开始产生汽蚀，而且噪声将急剧增大。此外，还要注意相对于阀瓣的流体介质的流动方向。
三、空气动力学噪声当蒸汽等可压缩性流体通过减压阀内的减压部位时，流体的机械能转换为声能而产生的噪音称为空气动力学噪音。这种噪音是一种在减压阀噪音中占大多数而且处理起来zui为麻烦的噪音。这种噪声产生的原因分为两种情况，一是由于流体紊流所产生，二是由于流体达到临界流速引起的激波而产生的。空气动力学噪声不能完全被消除，因为减压阀在减压时引起流体紊流是不可避免的。
二 组合式减压阀降低噪音试验思路
  因为气蚀的发生总是伴随着噪声增大，故通过测试阀内水流噪声而可间接判断气蚀性能。
先在公司内部的试验台上进行工厂试验，取得良好的效果后适时再到水电站进行现场试验。通过对改进节流锥与原型节流锥的试验数据比较，即可得出改进节流锥的性能结果。
三 工厂试验
1.工厂试验简介
1.1、工厂试验台

如图1 所示：b为多级泵；a为被测减压阀；c为安全泄压阀。试验系统开启后，将p1zui高值调整为1.9mpa，然后在分别设定p2为各不同值，在各值中改变p1值，观测在不同工况下的运行稳定性和噪声。
1.2、试验方式
  用两个改进型dn150节流锥s1#s2#和一个原型节流锥s0#和相对应的缸套阀座组合件，先后装入减压阀阀体内在试验台上进行试验，通过给定出口压力、调节进口压力，测试主阀不同开度条件下的噪声分贝值，即可比较不同节流锥的性能差异。
2.工厂试验数据及初步判断
工厂试验结果见表一：
表一                 工厂试验结果
 

注：p1为进口压力(mpa)；p2为出口压力(mpa)；k为主阀开程(mm)；z为噪声声压级(db)。
 
由表一可知，改进型节流锥s1#的降噪性能比原型节流锥s0#稍好，而改进型节流锥s2#降噪性能。
因水泵流量所限，工厂试验参数不足以说明问题。因此我们选择了云南计堵河电站进行电站运行现场试验。
四 现场试验
1.计堵河水电站及减压阀使用情况简介
  计堵河二级水电站位于云南省怒江州泸水县称杆乡计堵河上，电站装机容量为2×6300kw，为引水式电站。机组技术供水采用自流减压供水和水泵供水方式，单机组技术供水流量为150m3/h；水头为260m～240m。因水泵运行故障率高，所以自流减压供水为主供水。
2、机组自流减压供水系统简介 
如图2所示：在压力钢管进机组处的位置附近取水。k1、k2分别这取水阀和工作阀，y为zjy46h-40c dn150减压阀。p2的压力整定为0.6mpa，减压后的水直供水池，再由水池供两台机组用水。调节阀门k3为合适的过流面积。改进前的单台zjy46h-40c dn150减压阀的流量在满足两台机组运行时，运行噪音为118db。
3、自流减压供水系统工作状况
  计堵河水电站以前曾用国外某公司生产的膜片差压式dn150减压阀两台作两级减压，使用不到半年即损坏，无法再用。后改用我公司生产的zjy46h型组合式减压阀一台作一级减压，使用一年后，虽然噪声偏高，节流锥有冲蚀和气蚀，但仍能使用。
  由于电站生态环境较差，植被破坏严重。水中的杂质主要为石英砂。由于高速水流产生的气蚀，再加上石英砂的磨蚀，减压阀的运行环境很差。这就需要对减压阀进行合理的改进，保证在恶劣环境下运行的减压阀有良好的适应性，以保证电站的正常运行。
4.现场试验简介
  计堵河水电站在八月下旬因故需停电一天，我们趁这个时机赶到水电站进行现场试验。原计划试验s2#节流锥和s0#节流锥及对应的缸套阀座组合件，以作比较。但因两次试验间隔的准备时间（减压阀前截止阀不能关死，需压力钢管泄水和灌水）过长，为不影响按时发电，只试验s2#节流锥而未能进行s0#原型节流锥的试验。
  另外，只有减压阀后有压力表，而减压阀前没有，也没有流量计。这对试验造成一定的不便。
  在s2#节流锥试验过程中及后正式发电投入运行时，用户评价：噪声明显减小，振动微弱。
5.现场试验数据及初步判断
现场试验结果见表二和表三：
表二             现场试验结果（一）

注：1)符号同表一。2)减压阀主阀全开程为28mm。3)调节杆预压高度为89mm。
由表二可知，出口阀开度从全开到1/2开时，减压阀的出口压力变化很小，不影响机组运行。此时通过减压阀的水流噪声有较大降低。
表三             现场试验结果（二）

1. 品名、型号规格、数量、价格.      

注：1)符号同表一。2)减压阀主阀全开程为28mm。3)带*号的调节杆预压高度为63mm，是当前的发电投运状态。其余的调节杆预压高度为89mm。
对比表二和表三，可以发现：
1)当出口压力调高后，水流噪声降低约6～7 db。
2)在表二中，出口阀开度变化后，水流噪声从110.0 db降到91.0 db，降幅为19 db；在表三中，水流噪声则从111.0 db降到88.5 db，降幅为22.5 db。
3)试验完成后，应电站要求，将zjy46h-40c dn150减压阀的p2值整定为0.7mpa,调节出口阀k3满足两台机组运行的流量要求。即时工况的噪声为89.5db。
五 综合分析
  一般来说，减压阀的水流噪声与水通过节流锥产生的涡流直接相关，而涡流与节流锥的几何形状、附近的流道及流速有关，而流速又与节流锥的开度和前后压力差有关。
选择合理的节流锥形状，可以减小流阻系数及相应的涡流影响；增加主阀调节杆的预压量，可以增加水的流量而降低通过节流锥过流面的流速（实际上是流阻损失减少）。通过这种方式，我们可以有效降低减压阀的水流噪声。
六 结论
1)s2#节流锥对降低减压阀的水流噪声是有效的。
2)s2#节流锥的稳压性能是可靠的。
3)辅以增加主阀调节杆的预压量对降低减压阀的水流噪声也是可行的。
七 进一步改进思考
1)主阀节流锥的几何形状仍可考虑进一步优化。
2)节流锥附近的流道今后可以考虑改进。
3)过流面易气蚀和冲蚀处可以考虑选择更好的耐磨材料。

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