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＊10-4 μbar；

SPL——声压级，dB

3、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（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，bar

P1 ——阀前绝压bar

P2 ——阀后绝压，bar

PV ——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ZY

Z ——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0.6~0.9

Y ——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（XF>ZY）

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 + 0.72 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- 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，oK

ρ ——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，mm

S ——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