管道跟流體震動時對調節閥的損害

調節閥應對震動的原因跟處理方法

調節閥的振動一般分為兩種狀態，一個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。另一個是調節閥閥芯的振動，這從閥桿上下頻繁的移動可看出，以下就這兩種振動原因及其處理措施分析如下。

1、調節閥整體振動

整個調節閥在管道上振動原因大致如下：管道或基座劇烈振動，易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最大值、產生共振。這兩種因素有時相互影響，會使振動愈振愈烈，使管道跳動，附件或元件松動，并發出噠噠的響聲，嚴重的還會造成閥桿斷裂，閥座脫落，致使系統無法工作。基于這種情況，應對引起振動的各管道和基座進行加固，這也有助于消除外來頻率的干擾。

2、調節閥閥芯振動

有時被測介質的流速急劇增加，使調節閥前后差壓急劇變化，當超過閥的剛度時，閥的穩定性就變差，這也會引起整個調節閥產生嚴重振蕩。但這種振蕩不一定就是閥的開度小造成的。這種振動一般伴有刺耳的尖叫聲。調節閥的穩定性差，一旦有內部或外部不平衡力的干擾且超過了調節閥的剛度時，且調節閥自己又不具備消除這種干擾的能力，便產生了振蕩。此時需要增大調節閥的剛度，如將20~100KPa的彈簧，或增加其工作的穩定性，是有一定好處的。

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。 這種整個調節閥振動，在還未達到共振的情況下，調節閥基本上還是能隨外給定信號而進行調節的。因為外給定信號對閥芯的相對位移，并不因整個調節閥的振動而改變或改變很小，其原因在于它們是一個整體。 調節閥兩端的截止閥猛開或猛關，會使急劇流動的波測介質產生強烈的反射沖波，反射波沖擊調節閥芯。當這個力大于膜片對閥芯向下的壓力時，會使閥芯上移，產生振動，尤其是在小信號情況下，由于預緊力較小，更易使閥芯產生顫動。 調節閥開度太小，使調節閥前后差壓太大，至使在節流口處流速增大，壓力迅速減小。若此時壓力下降到液體在該溫度下的飽和蒸氣壓時，可使液體產生氣化，形成閃蒸，生成氣泡、氣泡破裂時形成強大的壓力和沖擊波，產生氣錘，這個壓力一般可達幾十兆帕。氣錘沖擊閥芯，使閥芯形成蜂窩壯麻面并使閥芯振動。 一般閥芯振動原因大致如下：調節器輸出信號不穩定。快速的忽高忽低的變化，此時如閥門定位器靈敏度太高，則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。

調節閥的磨擦力太小，如調節閥的填料裝得太少，或壓蓋沒擰緊，外界輸入信號有微小的變化或飄移，會立即傳遞給閥芯，使閥芯振動，并發出咯咯的響聲。相反，如調節閥的磨擦力太大，如填料裝得太多，壓蓋又擰得太緊，或填料函老化，干涸，則在小信號時動作不了，信號大時一經動作又產生又產生過頭的現象，會使調節閥產生遲滯性振蕩，振動曲線近似呈方形波。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。氣源波動使定位器輸出波動，或定位器活動部分銹蝕，不靈活，使輸入和輸出信號不對應，產生跳躍式振蕩。此時應開啟氣源減壓閥的清洗定位器，并向活動部分涂上潤滑油，以消除磨擦力。 由于調節閥本身的不平衡力作用的結果，使調節閥芯經常產生振蕩。零點彈簧頂緊力太小，抵抗外界干擾的能力就小，在外界信號小的情況下，易使閥芯產生振動。 綜上所述，根據實踐經驗筆者診斷，在一般情況下，閥芯的振蕩對被測介質的影響總是大于整個調節閥振動對被測介質影響的，并且閥芯振蕩原因及預防措施總要比整個調節閥振蕩原因及預防措施復雜。實踐中又可以看出，這兩種振動的原因也不可能分得那么清，有時也是混雜交織在一起的。

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

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最大值、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、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。

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。

調節閥震動的處理

1、增加剛度

對振蕩和輕微振動，可增大剛度來消除或減弱，如選用大剛度的彈簧，改用活塞執行機構等辦法都是可行的。

2、增加阻尼

增加阻尼即增加對振動的摩擦，如套筒閥的閥塞可采用“O”形圈密封，采用具有較大摩擦力的石墨填料等，這對消除或減弱輕微的振動還是有一定作用的。

3、增大導向尺寸，減小配合間隙

軸塞形閥一般導向尺寸都較小，所有閥配合間隙一般都較大，有0.4～1mm，這對產生機械振動是有幫助。因此，在發生輕微的機械振動時，可通過增大導向尺寸，減小配合間隙來削弱振動。

4、改變節流件形狀，消除共振

因調節閥的所謂振源發生在高速流動、壓力急劇變化的節流口，改變節流件的形狀即可改變振源頻率，在共振不強烈時比較容易解決。

具體辦法是將在振動開度范圍內閥芯曲面車削0.5～1.0mm。如某廠家屬區附近安裝了一臺自力式壓力調節閥，因共振產生嘯叫影響職工休息，將閥芯曲面車掉0.5mm后，共振嘯叫聲消失。

5、更換節流件消除共振

其方法有：

更換流量特性，對數改線性，線性改對數；

更換閥芯形式。如將軸塞形改為“V”形槽閥芯，將雙座閥軸塞型改成套筒型；

將開窗口的套筒改為打小孔的套筒等。

如某氮肥廠一臺DN25雙座閥，閥桿與閥芯連接處經常振斷，我們確認為共振后，將直線特性閥芯改為對數性閥芯，問題得到解決。又如某航空學院實驗室用一臺DN200套筒閥，閥塞產生強烈旋轉無法投用，將開窗口的套筒改為打小孔的套筒后，旋轉立即消失。

6、減小汽蝕振動法

對因空化汽泡破裂而產生的汽蝕振動，自然應在減小空化上想辦法。

讓氣泡破裂產生的沖擊能量不作用在固體表面上，特別是閥芯上，而是讓液體吸收。套筒閥就具有這個特點，因此可以將軸塞型 閥芯改成套筒型。

采取減小空化的一切辦法，如增加節流阻力，增大縮流口壓力，分級或串聯減壓等。

7、避開振源波擊法

外來振源波擊引起閥振動，這顯然是調節閥正常工作時所應避開的，如果產生這種振動，應當采取相應的措施。