調節(jié)閥振動原因分析及防范措施

調節(jié)閥振動原因分析及防范措施1、概述

調節(jié)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(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中,經(jīng)常出現(xiàn)調節(jié)閥的振動、噪聲與閥桿轉動現(xiàn)象,甚至由于振動導致閥桿斷裂等事故也時有發(fā)生,嚴重影響設備的安全和壽命以及操作人員的身心安康?？朔{節(jié)閥振動與噪聲,延長其使用壽命已經(jīng)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(jié)閥的振動與噪聲根據(jù)其誘發(fā)因素不同,根據(jù)真空技術網(wǎng)的文章,大致可將其分為機械振動、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(jù)其表現(xiàn)形式可以分為兩種狀態(tài)。一種狀態(tài)是調節(jié)閥的整體振動,即整個調節(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,引起整個調節(jié)閥振動。此外還與頻率有關,即當外部的頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時受迫振動的能量到達最大值、產(chǎn)生共振。另一種狀態(tài)是調節(jié)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(jié)閥前后差壓急劇變化,引起整個調節(jié)閥產(chǎn)生嚴重振蕩。

2.2、氣蝕振動

氣蝕振動大多發(fā)生在液態(tài)介質的調節(jié)閥內。氣蝕產(chǎn)生的根本原因在于調節(jié)閥內流體縮流加速和靜壓下降引起液體汽化。調節(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(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節(jié)閥時形成旋渦,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(jié)閥及其附屬裝置的構造頻率接近或一致時,發(fā)生了共振,調節(jié)閥就產(chǎn)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(jié)閥的使用和理論分析可以證明,誘發(fā)調節(jié)閥振動和噪聲的因素有很多,這些因素又相互影響,很多都是同時發(fā)生的,這就使調節(jié)閥的減震降噪更加困難,需要結合閥門材質、構造和流體動力學等方面綜合考慮。

3.1、預防機械振動

(1)調節(jié)閥安裝位置應遠離振動源,如不可防止,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(jié)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(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,如調節(jié)閥的摩擦力太大,則在小信號時動作不了,信號大時一經(jīng)動作又產(chǎn)生過大的現(xiàn)象,會使調節(jié)閥產(chǎn)生遲滯性振蕩。遇到這種情況,應當減小調節(jié)閥相應部分的阻尼來解決,如更換填料等。

(3)合理設計閥門構造。為防止閥桿相對于導向套筒表面的側向運動,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)流構造變?yōu)楣?jié)流罩節(jié)流構造,將懸壁梁頂尖導向方式改成節(jié)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)防止小開度工作。調節(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。所以應防止調節(jié)閥長時間在小開度下工作,同時應盡量減小調節(jié)閥前后壓差。

(2)合理的開車工藝。生產(chǎn)現(xiàn)場的開車工藝對調節(jié)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(jié)閥更是如此。這是因為調節(jié)閥是根據(jù)設計壓差開展選型的,是能保證在設計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閉的情況下,上游管道開始建壓,當閥前壓力到達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(tài),會產(chǎn)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(xiàn)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(jié)閥前后壓差不應太大,應合理的選擇閥門的構造形式及合理的開展壓差分配,如果條件允許可以采用多級減壓,防止氣蝕的發(fā)生。

(4)改良構造。若工況系統(tǒng)不宜于多級減壓構造,也可采用節(jié)流套筒的構造,但是套筒的構造和尺寸選擇也要根據(jù)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(zhí)行機構的輸出力。當流體通過調節(jié)閥時,閥瓣在靜壓和動壓的作用下產(chǎn)生切向力和軸向力。切向力使閥瓣轉動,軸向力使閥瓣壓縮或拉伸。所謂調節(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節(jié)閥的行程位置與執(zhí)行機構信號壓力之間的關系。因此,執(zhí)行機構的輸出力應足以克服不平衡力,以保證調節(jié)質量。

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

(3)防止產(chǎn)生共振。為克服流體誘發(fā)調節(jié)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(jié)閥的構造較為復雜,其內部不穩(wěn)定流動是典型的非定常復雜內流問題。調節(jié)閥的振動和噪聲是受很多因素共同作用而產(chǎn)生的,應充分考慮機械振動、