调节阀噪音的计算

调节阀噪音计算一、前言众所周知，由于噪声对人体的健康有害，因此，需要设法限制工业装置所产生的噪声的强度。1970年，美国《职业保护和健康条例》规定了工作场所的最大允许声级：每天工作八小时的地方，声级不允许超过90dB(A)；每天工作六小时的地方；声级不允许超过92dB(A)等等。到目前为止，作为工业设计时的一个依据。要设法限制噪声，首先就要预先估计出可能产生的噪声之强度。调节阀是炼油、化工等工业装置中一个重要的噪声源。因此，在设计中选用调节阀时，应预先估算出它可能产生的噪声之强度，以便采取相应的措施。目前，我国对于调节阀噪声的研究工作只是刚刚开始，还没有标准的计算方法。本文介绍西德机器制造业协会（VDMA）标准对调节阀噪声的估算，供大家参考。二、噪声计算中的几个名词术语1、有效声压有效声压是声场中一点上的瞬时声压在一个周期内的均方根值，故又称为均方根声压，简称声压，单位是μdB(A)（即微巴）。2、一个声压级（SPL）一个声音的声压级，等于这个声音的声压和基准声压之比的常用对数值再乘以20，即SPL=20lg＊P/P0式中：P——有效声压，μbar；P0——基准声压，在听觉量度或空气中声级量度中，取P0=2＊10-4μbar；SPL——声压级，dB3、声级声级是指位于声场中的某一点上，在整个可以听得见的频率范围内和在一个时间间隔内，频率加权的声压级。声级是用来衡量噪声大小的一个基本量。A声级是以声级计的A网络测得的声压级，单位是dB(A)，称为分贝A——加权（DecibelA-wighting）。本文所介绍的计算方法，系基于已经标准化的试验方案之试验结果。在这和标准化的试验方案里，调节阀装在各向同性的、均匀声场内的直管道中，管道的耐压等级为PN40（参见三之3）。声级计放在调节阀出口法兰的平面内，距管道外壁1米处。计算的结果，即为该情况下的声级。三、噪声估算公式1、适用于液体调节阀噪声的估算公式当介质为液体，在调节阀前后的差压（△P=P1-P2）增大到某一数值的时候，便会由于出现闪蒸、空化现象，而使噪声的声级急剧上升。开始出现空化的点即称为临界点，它所对应的差压即称为临界差压。以此为界，可以把工作状态分成临界差压和亚临界两种，二者的噪声估算公式也不同。（1）无空化的情况（XP≤Zy）LA=10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+18Lg（XE/ZY）+40+△LF（1）式中：XF—液体的压力比，XF=△P/（P1-Pv）=（P1-P2）/（P1-Pv）△P——调节阀前后的压差，barP1——阀前绝压barP2——阀后绝压，barPV——液体的蒸气压，绝压bar，水的蒸汽压示于图1图1水的蒸汽压ZY——调节阀开度为Y时的Z值（见图2），它是用来说明是否发生空化的一个参数当△P≤ZY（P1-PV）时无空化现象发生当△PZY（P1-Pv）时有空化现象发生当△P=ZY（P1-Pv）时开始产生空化现象，此差压称为临界差压，记为△PK图2是否发生空化的ZYZ——由调节阀型号决定的阀门参数，其数值由阀门制造厂用图线或表格的形式提供；常用调节阀的Z值如下：旋转球阀0.1~0.2蝶阀0.15~0.25标准单座阀或双座阀0.3~0.5低噪声阀0.6~0.9Y——阀的开度，Y=KV/KVS；Kv——阀的流通能力；KVS—阀的开度为100%（即最大流量）时的KV值，m³/h；LA——噪声的声级，dB(A)；ρ——液体的密度，kg/m³，水的密度示于图3图3水的密度△LF—由调节阀型号和阀的开度Y=0.75时的压力比XF决定的校正量。它反映了调节阀的声学特性，dB(A)标准单座阀或双痤阀的△LF=0时，低噪声调节阀的△LF曲线由制造厂提供（如图4）。图4低噪声调节阀的声级校正量△LF（2）有空化的情况（XFZY）LA=10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+29Lg（XF-ZY）0.75-（268+38ZY）＊（XF-ZY）0.935+40+△LF（2）式中各符号的意义全部同前。对应于最大声级的差压比记为XFM，当XFM≤1.0其值可按下式计算:XFm=0.48+0.72ZY（3）若以XFM取代式(1)、(2)的XF，则即可取最大声级LAM。2、适用于气体和蒸汽调节阀噪声的公式LA=14LgKv+18LgP1+5LgT1-5Lgρ+20Lg（P1/P2）+52+△LG（4）式中：LA——噪声的声级，dB(A)；KV——阀的流通能力；P1——阀前绝压，bar；P2——阀后绝压，bar；T1——阀前流体的温度，oKρ——流体的密度（气体取标准状态下的密度ρN，水蒸汽取ρ≈0.8），kg/m³；△LG—由调节阀型号和阀的开度Y=0.75时的压力比X=（P1-P2）/P1决定的校正量，dB(A)；标准单座阀和双座阀的△LG小到可以忽略不计，低噪音调节阀△LG曲线由制造厂提供（例如图5）。图5低噪声调节阀的声级校正量△LG与管壁厚度S有关的校正量△RM。在上述式（1）、（2）和（4）中，实际上包含着一个压力额定值为PN40的管道平均衰减量，如果实际使用的管道之压力额定值不是PN40，那么在计算噪声的声级时，在式（1）、（2）和（4）中就应再加上校正量△RM一项进行修正。△RM可以用下式计算：△Rm=10Lg(S40/S)（5）式中：△RM——与管壁厚度S有关的校正量，dB(A)S40——PN40的管壁厚度，mmS——实际使用的管壁厚度，mm西德成批生产的钢管，其△RM值如下表所示：与管壁厚度S有关的校正量△RM管径DN(mm）25405080100150200250300400500管壁厚度S(mm)2.600---------2.9-0.5-0.50--------3.2-1.0-1.0-0.50-------3.6-1.5-1.5-1.0-0.50------4.0-2.0-2.0-1.5-1.0-0.5------4.5-2.5-2.5-2.0-1.5-1.00-----5.6-3.5-3.0-3.0-2.0-2.0-1.00.51.0---6.3-4.0-3.5-3.5-2.5-2.5-1.500.51.0--7.1--4.0-4.0-3.0-3.0-2.0-0.500.52.0-8.0--4.5-4.5-3.5-3.5-2.5-1.0-0.501.52.510--5.0-5.5-4.0-4.5-3.5-2.0-1.0-1.00.51.511----5.0-5.0-4.0-2.5-2.0-1.501.012.5----5.5-5.5-4.5-3.0-2.5-2.0-0.50.514.2----6.0-6.0-5.0-3.5-3.0-2.5-1.0016-----6.5-5.5-4.0-3.5-3.0-2.0-0.520------6.0-5.0-4.5-4.0-3.0-1.525------7.5-6.0-5.5-5.0-3.5-2.530-------7.0-6.5-6.0-4.5-3.54.估算方法的使用范围及结果的精确度（1）该估算方法只考虑了在封闭管道系统中的流体动力学噪声，而并不包括调节阀内部可动部件产生的响声，以及在固体材料中传播的声音，或由于某种原因反射和共振造成的声音放大效应。（2）当测试条件与标准化试验方案有差别时，则应按DIN458635BLatt1进行修正。（3）调节阀出口处以及管道中的流速不应超过下列极限值：液体或ω≤10式中：ω—流速，m/s；其余符号意义同前。气体和蒸汽ω≤0.3ωs式中：ωs—音速。（4）1KV60000.01X或XF1.0（X为气体或蒸汽的压力比）LA20dB(A)（5）声级的计算结果存在一个10dB（A）的偏差带。5、计算举例例1已知流体水流量Q=90m³/h工作温度t=120℃要求的KV值KV=50m³/h入口压力（绝压）P1=7bar出口压力（绝压）P2=4bar管道压力额定值PN40计算采用西德SAMSON工厂生产的单座调节阀，口径为DN80，从工厂提供数据表中查得KVS=80m³/h，Z=0.25。（1）求出阀的开度Y=KV/KVS=50/80=0.625；由Y=0.625及Z=0.25,从图2中查得ZY=0.28；（2）由t=120℃,从图1中查得水的蒸汽压PV=2bar；（3）求出压力比；（4）由t=120℃，从图3中查出水的密度ρ=940kg/m³；（5）对于标准的单座调节阀△LF=0；（6）∵XF=0.6，ZY=0.28，即XFZY，∴该调节阀噪声的声级LA应采用式（2）计算：LA=10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+29Lg（XF-ZY）0.75-（268+38ZY）＊（XF-ZY）0.935+40+△LF=10Lg50+18Lg（7-2）-5Lg940+292＊（0.6-0.28）0.75-（268+38＊0.28）＊（0.6-0.28）0.935+40+0=17+12.6-14.9+124-97+40=81.7dB（A)例2已知流体合成气流量Q=40000m³/h入口压力（绝压）P1=12.5bar出口压力（绝压）P2=2.5bar入口温度T1=393oK标准状态下密度ρN=0.7kg/m³要求的KV值KV=200m³/h管道压力额定值PN40计算采用西德SAMSON工厂生产的251型标准单座调节阀，口径为DN150，从工厂提供的数据表中查出KVS=360m³/h；标准单座阀的校正量△LG可以忽略不计，即△LG≈0；则该项调节阀噪声的声级LA用式（4）计算如下：LA=14LgKv+18LgP1+5LgT1-5Lgρ+20Lg（P1/P2）+52+△LG=14Lg200+18Lg12.5+5Lg393-5Lg0.7+20Lg（12.5/2.5）+52+0=32.2+19.8+13+0.775-3.12+52=114.6dB（A）四、声级的图解法1、适用于液体调节阀噪声的图解法液体调节阀噪声的声级LA可以表示为几项之和：LA=LAIF+LA2F+LA3+△LF（6）式中：LA1F—液体调节阀由（P1-PV）决定的声级（可由图6查出），dB(A)；LA2F—液体调节阀由XF及ZY决定的声级（可由图7查出），dB(A)LA3—液体调节阀由ρ决定的声级（可由图8查出）dB(A)△LF—意义同前。图6液体调节阀由（P1-Pv）决定的声级LA1F图7液体调节阀由XF及ZY决定的声级LA2F图8液体调节阀由ρ决定的声级LA前述之例1可应用图解法求解如下：（1）从图1查得t=120℃时，水的蒸汽压PV=2bar；（2）由P1-PV=5bar及KV=50，从图6查得LA1F=53.5dB(A)；（3）由△P=P1-P2=7-4=3bar，及P1-PV=5bar，从图7查得XF=0.6；在图7上半部分，由XF=0.6及ZY=0.28（参见原例1，系从图2中查出），即可查出LA2F=28dB(A)（4）由t=120℃，从表3中查出水的密度ρ=940kg/m³；再由图8查出LAB≈0.1dB(A)，该值很小，故可以忽略不计；（5）标准单座阀，△LF=0；（6）该调节阀噪声的声级LA为：LA=LA1F+LA2F+LAS+△LF=53.5+28+0=81.5dB(A)结果与估算值81.7dB(A)相差无几。2、适用于气体和蒸汽调节阀噪声的图解法气体和蒸汽调节阀噪声的声级LA亦可以表示为几项之和：LA=LA1G+LA2G+LA4+△LG（7）式中：LA1G—气体和蒸汽调节阀由P1决定的声级（可由图9查出）dB(A)LA2G—气体和蒸汽调节阀由X决定的声级（可由图10查出）dB(A)LA4—气体和蒸汽调节阀由ρN决定的声级（可由图11查出）△LG意义同前。图9气体和蒸汽调节阀由P1决定的声级LA1G图10气体和蒸汽调节阀由X决定的声级LA2G前述之例2可应用图解法求解如下：（1）由P1=12.5bar及Kv=200m³/h，从图9中可以查出LA1G=105dB(A)；（2）由△P=P1-P2=12.5-2.5=10bar及P1=12.5bar，从图10可查