一种用于阀门的变阻尼减振降噪装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种运用于阀门的变阻尼减振降噪装置，主要用于控制管线系统中的各种阀门的振动和噪声，包括球阀、闸阀、蝶阀、截止阀和控制阀等，属于振动控制技术领域。
技术背景
[0002]近年来，随着石油化工、冶金、电力、船舶、航空航天等产业的迅速发展，大型化及一体化已成为其发展的趋势，使得压力管道系统的安全稳定越来越成为人们关注的重点。压力管道系统内输送的介质往往具有易燃、易爆、有毒、高温、高压等较大危险性，一旦稍有不慎，就可能致使压力管道发生泄漏、爆炸、燃烧、中毒、环境污染等重大事故。阀门(Valve)，是控制流体介质的流量、流向、压力、温度等的机械装置，是管道系统中的基本部件。当阀门受到外界干扰时(入口、出口压力突变，管路温度、流量变化，甚至气液两相流)，将会引起阀门振动，产生剧烈的噪声，甚至破坏阀门结构，严重危害设备和管道系统的安全稳定运行。因此，必须采取有效的措施来控制阀门振动和噪声。
[0003]阀门的振动噪声主要来源于两个方面:流体输送机械(压缩机、栗等)产生振动并由联接管道传递致使阀门振动并产生噪声;流体通过阀门时诱发的振动和噪声。其中流体噪声又可以分为:①阀体内压力变化和流体冲击阀门某些部件使之或与它相连的配管产生振动，甚至共振而伴有噪声，即为机械性振动噪声;②流体通过阀门时节流，沿阀芯产生环状射流与壁面分离，其分离边界层非常不稳定，产生漩涡，引起了腔内共振产生噪声，即为涡旋噪声;③流体通过阀门后以极高速和下游低速流体产生湍流混合，使流体稳定状态受到破坏发生巨大扰动，产生强大的喷注噪声，甚至流体通过阀门节流后其阀后压力低于流体气化压力，使湍流体急骤气化而形成气穴，气穴在形成与爆破时产生强烈振动噪声，即水力噪声。研究表明，阀门压力脉动强度较大的频率呈现出连续宽频特性，相应的发生部位集中在阀座缩口喉部、阀座上表面附近和阀芯下部表面。阀门启闭过程和流量变化条件下，流体的作用力为瞬态液动力，较阀门正常工作时的流场更复杂，更不稳定，很容易加剧阀门的振动，从而产生更大的噪声。因此，有必要采用合适的技术手段来降低阀门的振动与噪声，特别是在变流量、变压力和阀门启闭工况时。
[0004]目前，降低阀门振动与噪声的方法主要有两种:来源减振降噪与传播减振降噪。通过改变阀体或阀腔结构、增加孔板或多孔网罩、多级减压等可以实现来源降噪。Smith和Luloff在文献《The effect of seat geometry on gate valve noise》提出修改阀座尺寸(比如倒角)对降低振动噪声也有一定效果(Journal of Pressure Vessel Technology-Transact1ns of the ASME，2000，122(4): 401-407) DUeno等在《Noise measurement andnumerical simulat1n of oil flow in pressure control valves》米用试验和数值的方法研究了空化引起的阀噪声，模拟模型中流动被简化为非稳态不可压流体的层流，结果表明增加阀腔体积，对抑制由于稳定大型循环流而形成的空化效应有较好的抑制作用(JSME Internat1nal Journal Series B-Fluids and Thermal Engineering，1994，37
(2):336-341)。高怡秋、周振东和奚骏在《节流式蒸汽调节阀的改进与性能计算》中采用了多级小孔压降结构，通过数值计算表明改进后的结构大幅降低了汽流速度，改善了汽流的冲蚀作用，降低了喷注噪声，提高了蒸汽调节阀的安全可靠性(汽轮机技术2012年第54卷第4期第261?263页)。消声器运用于排放系统，能够阻挡声波的传播，是传播减振降噪的有效工具。比如扩张室消声器、微穿孔板消声器、孔板等广泛运用于管路中和阀门出口处，降噪效果好。王文琦、何友静在《锅炉安全阀排气噪声的治理》中介绍了北京第二热电厂高压锅炉安全阀消声器的结构，该消声器由两层小孔扩散套和一定的吸声结构构成。当安全阀机械动作时，消声器的消声数值为34dB(A)，总响度降低85 %左右，在距安全阀消声器排口 70m处的地面上，已经听不到安全阀动作时的排气噪声了，减振降噪效果非常明显(环境保护1979年第5期28?29页)。
[0005]阀门产生振动与噪声的原因很多，现有的减振降噪手段往往只能针对某种振动噪声有效，比如优化阀座、阀腔结构仅对流体空化振动与噪声有效，对流体机械振动或阀下游的喷注噪声无效;多级减压可以降低阀内流体速度，减少阀腔内的漩涡，改善流体与阀体的耦合振动与噪声，但其结构复杂，多级减压机理仍不明确，设计难度大，而且也无法改善流体机械振动与噪声；消声器结构复杂、体积大、重量大，很容易出现维修频繁、消声效果差，使用周期短等问题。
[0006]给振动系统附加外阻尼来耗散运动能量，减少结构的动力响应，降低噪声，是工程运用中一种十分有效的手段，广泛运用于航空航天、石油石化、建筑桥梁、车辆船舶等领域。常见的阻尼减振装置主要有:摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流(电流)变阻尼器以及挤压油膜阻尼器(SFD)等。
[0007]摩擦阻尼器在主要结构构件屈服前的预定荷载下产生滑移或变形，依靠摩擦或阻尼耗散振动能量，同时，由于结构变形后自振周期加长，减小了振动输入，从而达到降低结构振动响应的目的。摩擦阻尼器构造简单，取材容易，造价低廉，常用于提高工程结构的抗震能力。挤压油膜阻尼器(SFD)阻尼器主要运用于旋转机械，能够有效的降低高速转子的振动，尤其是大大降低过临界转速时的振幅，并降低转子的临界转速，广泛运用于航空、航天和核工业。粘滞阻尼器的基本原理是粘滞流体在阻尼器机构中流动，与阻尼器结构发生相互作用，使得流体动能转化为热能进行耗能。粘滞流体的动能向热能转化是通过摩擦耗能和孔缩效应耗能两方面进行的。粘滞阻尼器于19世纪中期最早应用在军火工业，用来克服发射炮弹时候的反弹力，随后广泛运用于车辆、航天和军工系统，近年来土木桥梁、石油化工管道中也有广泛的运用。磁流变液阻尼器是一种新型智能阻尼减振装置，它主要是根据输入电压(电流)的变化产生趋近于最优主动控制力的阻尼力，对系统进行耗能减振。磁流变液阻尼器利用磁流变效应，即磁流变液在无磁场的条件下呈现出低黏度的牛顿流体特性，产生小阻尼力，而在强磁场的作用下，呈现出高黏度低流动性的流体特性，产生大阻尼力。由于其耗能低、阻尼力大和结构响应快等优势，已成功应用于车辆、建筑、桥梁等领域的结构振动控制，在旋转机械振动领域也日益受到关注。马新娜，杨绍普，邸书灵在《基于磁流变液阻尼器的高速机车横向半主动振动控制研究》中建立了基于磁流变液阻尼器的17自由度高速机车横向半主动模型，提出根据控制效果实时修正磁流变液阻尼器输入参数的自适应模糊控制策略，有效衰减机车横向振动;在低频阶段，尤其是对乘坐舒适度影响大的5Hz?8Hz范围内能显著提高高速机车的平稳性和乘坐舒适性(振动与冲击2009年第28卷第7期第126?130页)。王修勇，陈政清等在《磁流变液阻尼器对斜拉索振动控制研究》中对磁流变液阻尼器-拉索系统的阻尼特性进行了全面仿真模拟，并在洞庭湖大桥应用磁流变液阻尼器进行拉索振动开环控制的试验研究，结果表明该阻尼器有效抑制了拉索风雨振现象，试验与仿真结果具有很好的一致性(工程力学2002年第19卷第6期第22?28页hKeun-JooKim在《Optimal posit1ning and control of a MR-squeeze film damper forreducing unbalanced vibrat1ns in a rotor system with multiple masses》中也表明转子系统在临界转速下的不平衡响应由于磁流变液阻尼器的阻尼作用明显衰弱了(Journal of Vibrat1n and Acoustics 2009年第131 卷第4期0410061-0410069)。
[0008]基于阻尼减振技术在结构减振领域的诸多优点，结合阀门振动与噪声的特点，设计了一种基于磁流变液阻尼器的变阻尼减振降噪装置，该装置能抑制多种原因下阀门的振动与噪声，实现阀门在变工况、变开度下的振动与噪声的主动控制，达到阀门减振降噪目的。<