调节阀噪音的计算.doc

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dB(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，bar；P0 基准声压，在听觉量度或空气中声级量度中，取P0=210-4 bar；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（Decibel A-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（XPZy） LA = 10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lg+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P ZY （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0.10.2蝶阀0.150.25标准单座阀或双座阀0.30.5低噪声阀0.60.9Y 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，m/h；LA 噪声的声级，dB(A)； 液体的密度，kg/m，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）-5Lg+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XFM1.0其值可按下式计算:XFm=0.48 + 0.72 ZY（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- 5Lg+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，oK 流体的密度（气体取标准状态下的密度N，水蒸汽取0.8），kg/m；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DIN458635BLatt 1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 10式中： 流速，m/s；其余符号意义同前。 气体和蒸汽0.3s式中： s音速。 （4）1 KV 60000.01 X或XF 20dB(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=90m/h工作温度t=120要求的KV值KV=50 m/h入口压力（绝压）P1=7bar出口压力（绝压）P2=4 bar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=80 m/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=2 bar； （3）求出压力比； （4）由t=120，从图3中查出水的密度=940kg/m； （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）-5Lg+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+380.28）（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=40000 m/h入口压力（绝压）P1=12.5bar出口压力（绝压）P2=2.5 bar入口温度T1=393oK标准状态下密度N=0.7 kg/m要求的KV值KV= 200m/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=360m/h；标准单座阀的校正量LG可以忽略不计，即LG0；则该项调节阀噪声的声级LA用式（4）计算如下：LA = 14LgKv+18LgP1+5LgT1- 5Lg+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=53.5 dB(A)； （3）由P=P1- P2=7-4=3bar，及P1-PV=5 bar，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=28 dB(A)（4）由t=120，从表3中查出水的密度=940kg/m；再由图8查出LAB0.1dB(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= 81.5 dB(A)结果与估算值81.7 dB(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N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= 200m/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可查出压力比X0.8； 在图10上半部，由X=0.8的垂线和曲线的交点，可以查出LA2G=7dB(A)； （3）由N=0.7kg/m3及t=120（由393oK-273），从图11可查出LA4=2dB(A)；图11 气体和蒸汽调节阀由N决定的声级LA（4）标准单座阀，LG=0； （5）该调节阀噪声的声级LA为： LA = LA1G+LA2G+LA4+LG= 105 + 2 +0 = 114dB(A)结果与估算值114.6dB(A)亦相差无几。 参考文献1Translation of theNationalGermanpaperV