调节阀噪音的计算.doc

1、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

2、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， 单位是卩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 衣 P/P0式中：P 有效声压，卩bar;P0 基准声压，在听觉量度或空气中声级量度中，取P0=2* 10-4卩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

3、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(DecibelA-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(厶 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

4、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(XFK Zy)LA = 10LgKv+18Lg ( P1-Pv) -5Lg p +18Lg (XE/ZY) +40+A LF (1)式中：XF 液体的压力比，XF=AP/ ( 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1010020G3DG图1水的蒸汽压ZY 调节阀开度为丫时的Z值(见图2),它是用来说明是否发生空化的一个参数 当厶P ZY (P1-Pv)时

5、有空化现象发生当厶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/KVSKv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);P 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，d

6、B(A)标准单座阀或双座阀的厶(如图4)。(2) 有空化的情况(XFZYLA = 10LgKv+18Lg(P1-Pv) -5Lg p +29Lg(XF-ZY) 0.75- (268+38ZY 衣(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XF陈1.0其值可按下式计算XFm=0.48 + 0.72 ZY ( 3)若以XFM取代式(1)、 的XF,则即可取最大声级LAM2、适用于气体和蒸汽调节阀噪声的公式LA = 14LgKv+18LgP1+5LgT1- 5Lg p +20Lg ( P1/P2) +52+A LG (4)式中：LA噪声

7、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，oKp 流体的密度(气体取标准状态下的密度p N,水蒸汽取p - 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厶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

8、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）S40PN40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(mm254050801001502002503004005002.6002.9-0.5-0.50管壁3.2-1.0-1.0-0.50-厚度3.6-1.5-1.5-1.0-0.50-S4.0-2.0-2.0-1.5-1.0-0.5-(mm)4.5-2.5-2.5

9、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

10、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 DIN 458635 BLatt 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3W 10式中：3流速，m/s；其余符号意

11、义同前。气体和蒸汽3 0.3 3 s式中：3 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=90m3/h工作温度t=120 C要求的KV值 KV=50 m3/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SAMSO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 m3/h ，Z=0. 25 。(1) 求出阀的开度 Y=KV/KVS=50/80=0.625 由 丫=0.625 及 Z=0.2

12、5,从图 2 中查得 ZY=0.28;(2) 由t=120 C ,从图1中查得水的蒸汽压 PV=2 bar;(3) 求出压力比;(4) 由t=120 C,从图3中查出水的密度 p =940kg/m3;(5) 对于标准的单座调节阀厶LF=0;(6) v XF=0.6, ZY=0.28，即XFZY二该调节阀噪声的声级 LA应采用式(2)计算：LA = 10LgKv+18Lg( P1-Pv) -5Lg p +29Lg (XF-ZY) 0.75- (268+38ZY *(XF-ZY) 0.935+40+ LF = 10Lg50+18L(g 7-2 )-5Lg940+292 (0.6-0.28 )0.7

13、5-( 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 m3/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 p N=0.7 kg/m3要求的KV值KV= 200m3/h管道压力额定值 PN40计算LA采用西德SAMSO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=360m3/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

14、声的声级 用式( 4)计算如下：LA = 14LgKv+18LgP1+5LgT1- 5Lg p +20Lg ( P1/P2) +52+A 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+A 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

15、声级(可由图7查出)，dB(A)LA3 - 液体调节阀由 p 决定的声级(可由图 8查出) dB(A) LF- 意义同前匕d=d ) wr5w 9 *哎4?H WI doRns3s9oo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p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 C时，水的蒸汽压 PV=2bar；(2) 由 P1- PV= 5bar 及 KV=5Q 从图 6 查得 LA1F=53.5 dB(A);由 XF=0.6该值很小，(3) 由厶 P=P1-P2=7-4=3bar，及 P1-PV=5bar，从图 7 查得 XF=0.6;在图 7

16、上半部分, 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 C，从表3中查出水的密度 p =940kg/m3再由图8查出LAB0.1dB(A)， 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+LA4LG (7)式中:P1决定的声级（可由图9查出）

17、dB（A）LA1G-气体和蒸汽调节阀由X决定的声级（可由图10查出）dB（A）LA2G-气体和蒸汽调节阀由P N决定的声级（可由图11查出）LA4气体和蒸汽调节阀由 LG意义同前匕 llwllkLH匚 - 吒， 兀 WIfmE二wdnj匸二二二 *:-晒尸 mb n丄 m -二摆=-_二=二 一 Bl I= =3=-=二二 _ 二 1 二！IR二?=-.=zn 二 禺爲=二胃=二二 h=-=J=n =三一三三=rMls: =0吕匸! =_VW150140130120110f =兰二5=4=”= = =S.N=S;V*=U=W = =V= 三=SJ&wsm B 一 MiT一 9gt8070605

18、0125102050100200500F1 bar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= 200m3/h,从图 9 中可以查出 LA1G=105dB(A)(2) 由厶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 p N=0.7kg/m3 及 t=120 C (由 393oK-273),从图 11 可查出 LA4=2d

19、B(A);3图11气体和蒸汽调节阀由p 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+LA4LG = 105 + 2 +0 = 114dB(A)结果与估算值114.6dB(A)亦相差无几。参考文献1 Tran slation of theNatio nalGerma npaperVDMA 24422 guideli neforthe noisecalculatio n；2 Sound level calculati ons for con trol sect ionsReprinefromATM-MeB technischepraxis2/1976 P5154, 3/1976 P8386;3 西德SAMSON产品说明书；4 Control valve Handbook Fisher controls Company,1977物理学常用单位制姜衍智编上海科技出版社出版，1964;普通物理学上册上海高等工业学校物理学编写组人民教育出版社出版