多级套筒调节阀消声减振元件设计研究

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中图分类号： TH134 文献标识码： A doi：10.3969/j.issn.1005-0329.2013.07.005Design and Research of Noise Elimination and Vibration Reduction Sleeve in Control valveWANG Yan ，HU Jian，hua ，HU Jian ，HAO Jiao.shan ，WANG Ruo.yu ，Li Shu-xun(1.Chongqing Chuanyi Control Valve Co Ltd.，Chongqing 400700，China；2.Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)Abstract： Since the control valve is subject to a intense vibration and a high level of noise caused by flashing and cavitation-when it is operated under high range of pressure condition，a sleeve used for muffling and retarding vibration was designed and itsnumber of stages，the gap of stages，and the hole size was studied.Firstly the number of stages and the gap of stages was deter-mined theoretically，then a three-dimensional model was set up for the valve，a numerical simulation of three-dimensional，turbu-lent flow in the valve was conducted by using the Fluent based on Reynolds time-averaged N-S equations，the SIMPLEC schemeand the standard K-turbulence mode1.The results show that the number of stages determined by preliminary theory is efective，increasing the gap of stages and decreasing the hole size are beneficial to eliminate noise and reduce vibration.Th e article wilfulfil a certain function helpful to research of the control valve under high range of pressure。

Key words： control valve；cavitation；numerical simulation；noise elimination and vibration reduction；sleeve1 前言目前，随着石油、化工、冶金、电力工业的迅速发展，工艺水平的 日渐提高，对其流体的控制部件--调节阀的要求也越来越高。尤其在高压差的条件下，普通的调节阀很难将阀前的高压力下降到阀后所满足的压力，即使满足了所需的压力降，也很难满足调节阀的流量需求。此外，高速流体的直接冲刷，可压缩流体产生的高噪声，不可压缩流体的闪蒸和空化引起的气蚀、强振动及高噪收稿日期： 2012-09-14 修稿日期： 2012-10-09基金项目： 重庆市技术创新项 目(2012-01-026)声，均对阀内件造成巨大的破坏，严重影响调节阀的工作性能、使用寿命及阀连接管路系统的安全，构成安全隐患。因此，了解调节阀内部流动特性和消声减振是调节阀设计与应用中必须注重的问题 ]。

多级降压套筒调节阀采用多级套筒结构，其结构原理如图1所示。该调节阀中，流体通过多个节流截面，压降被分摊到-连串的流通 口上，也就是流体每过-个节流面遇到流动阻力分担-部分压差，降低了流体流速，对于可压缩性流体可有20 FLUlD MACHINERY Vol。41，No.7，2013效地降低噪声，对于不可压缩性流体可以防止闪蒸、空化，起到降低噪声、减小振动的作用。因此，多级降压套筒调节阀可满足高温、高压差等非常苛刻工况下的流体控制，并可以确保精确控制及较长的工作寿命。

阀杆压盖平衡阀芯多级套筒阀体阀鹰图 1 多级套筒式调节阀结构原理示意现有的调节阀消声减振研究大都只是提出加多级套筒可以起到消声减振作用，但对于多级套筒结构的各参数的确定、各参数对阀内部流场影响等未作详细研究。因此本文在多级降压理论的基础上，确定多级套筒的级数，并通过理论与数值模拟相结合研究级数的确定，级间间隙、孔径大小对调节阀内部流体流动特性的影响3 J，为具有消声减振且性能优良的高压差调节阀的设计提供可靠依据。

2 多级降压套筒级数确定依据多级降压套筒调节阀，采用多级套筒来进行降压，防止管路系统的振动和噪声，在设计的过程中，应防止阻塞流的发生。阻塞流是指不可压缩流体或可压缩流体在流过控制阀时所达到的最大流量状态(即极限状态)。在固定入口条件下，P。

保持-定而逐步降低P 时，流经控制阀的流量会增加到-个极限值，再继续降低 P：，流量不再增加，这个极限流量即为阻塞流。液体是不可压缩流体，当阻塞流产生时，伴随有闪蒸、空化的发生。

闪蒸和空化出现的先决条件是阻塞流的产生。当调节 阀两端压差 △P小 于阻塞流压差ZiP ，即△P≤△P 时，即可避免阻塞流的发生。

因此，采用多级降压时每-级实际压差△尸均小于阻塞流压差 △P ，就可 以避免阻塞流 的发生 J。把这个作为初始判据，确定以液体为介质调节阀内的多级降压套筒的级数。

阻塞流压差：ZiP (P -F，P ) (1)式中 --液体压力恢复系数，取 F 0.99F --液体的临界压力比系数FF0.96-0.28(P /Pc) (2)式中 P --入口温度下液体蒸汽的绝对压力，MPaP --绝对热力学临界压力，MPa，对于水：Pf22.12MPa3 级数的确定3.1 确 定流 程根据多级降压原理，每-级的压降按几何级数递减 ，即：ZiP△P1△P2△P3 △P (3)ZiP △Pl△Pl/2 △P1/2 △尸l/2 (4)根据给定公式和判定条件，各级降压和级数确定流程如图2所示。

初定级数nt - ' 求出各级压差AP. l满足条件，确定级数图2 各级降压和级数确定流程3.2 级数计算实例以DN150多级降压套筒调节阀为例，进口压力为8MPa，出口压力 1MPa，当温度 T180C，介质为液体，此时级数计算按照图2流程计算。具体参数为 T180C，P 0.01MPa，Pl8MPa，P2 1MPa，FL：0.99，Pc22.12MPa，初定为三级降压，即 n3，则：ZiP △Pl△P2△P3ZiP △P1△Pl/2 △P1/22013年第41卷第 7期 流 体 机 械 1345天左右。新型盘根的工作寿命长达传统盘根的9倍以上。在轴套磨损的测量中，在 MD280-43×6的水泵中在 9O天工作的时间内轴套径 向磨损量 0.10mm，而塑性纳米盘根磨损量0.001mm；在 MD450-60×7的水泵中为期 90天试验轴套径向磨损量 0.08mm。这说明新型盘根不容易磨损轴套，对轴套有保护作用。

MD280-43×6和 MD450-60×7的水泵中安装油浸盘根轴套的更换周期为 120天，2个轴套的总价格为 1200元，而安装新型纳米塑性盘根的 MD280-43×6水泵轴套更换周期为 720天，2个轴套的总价格为 1200元。即2年使用新型轴套只需要更换-次左右，总价格才 1200元，而使用油浸盘根需要更换 6次，总价格高达 7200元。

这说明使用新型盘根，不仅轴套的维护工作量大大降低 ，并节省了轴套损坏的更换费用，经济效益十分显著。

5 结语本文分析了传统填料密封的工作原理和存在的缺点。通过新型塑性纳米盘根和传统油浸盘根的试验对比可以证明：新型填料密封可以降低水泵的4%左右耗电量，新型盘根和传统盘根以数目1：5左右搭配成为复合盘根组，其工作寿命可以达到传统盘根的5～1O倍，不仅降低了设备轴承或轴套的损耗，而且降低了检修维护的劳动强度。新型塑性纳米密封填料在填料密封领域更具有优越性，实际的应用中具有可观的经济效益，并有广泛的推广前景。