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届上海国际泵管阀展览会

2020年6月3-5日

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新型止回阀稳态噪声特性分析

针对新型主止回阀(利用差动活塞实现阀头与流体的对冲运动来完成阀的开启与关闭),搭建了稳态噪声特性分析实验台,在稳态工况下,进行了不同的初始压力和不同流量方向的实验。采用控制变量法,选择多测点测量来减小由环境因素引起的偶然误差。研究表明:新型主止回阀噪声与流体的流量成对数关系;阀门噪声与流体的静压力无关,并且新型主止回阀能够很好的抑制水击;管路流量变化的方向对止回阀噪声特性没有影响。

 

目前,在对于阀门内部结构受力分析与内部流场仿真计算方面,国内外已进行了海量的研究,这些都为止回阀的实验提供了参考。郑淑娟采用动网格技术,利用UDF功能给定阀芯不同的运动速度,仿真研究了不同阀芯速度以及不同边界条件的锥阀内的流场。汤智勇等人在提出了锥阀和圆柱滑阀的稳态液动力的一种新的补偿方法,通过使阀套运动,来增加稳态液动力。止回阀是流体控制工程的基本元件,应用十分广泛。本文采用实验的方法对本学院新型止回阀的噪声特性进行探索与研究。噪声由震动产生,在阀门实际工作过程中由于流体在其中没有规则的冲刷导致阀门的震动并不是有规律可循,再加上实验中水泵和管道的震动引起阀门的震动等各种复杂不确定的因素,这些复杂的条件不能用仿真的技术全面模拟出来。所以想要深入研究止回阀噪声特性必须通过实验的方法。

 

1新型止回阀结构

 

新型止回阀为对冲式止回阀,是利用差动活塞实现阀头与流体的对冲运动来完成阀的开启与关闭。通过数值分析,并与其它类型的止回阀进行过比较,分析表明对冲式止回阀能够很好地抑制水击。

 

2干扰源的屏蔽与测量位置的选择

 

2.1干扰源的屏蔽

实验方法采用声学测量方法中的调查法。由于这种方法要求最少的时间和设备。并且可用于性质相似的噪声源之间的比较。用声级计测得的声级来描述,准确程度要求不高,只用有限的测点数,对声学环境不做详细的分析,但要记录被测噪声和时间的关系。不论用哪种方法测量,测量位置的选择,应避免其他声源或声源形状的细小不规则性对结果的影响。由于实验环境中泵的噪声会对实验结果产生影响,所以须对运行的水泵进行噪声屏蔽。限于实验条件,在水泵的泵体上覆盖一层海绵与两层橡胶。

2.2测量点的选择

在外界没有严重噪声干扰时,噪声测量点的选择要有代表性,并且要选择相似点用来验证。限于声级计测量的局限性,把噪声源即止回阀看成近似圆柱体。

 

3新型止回阀稳态噪声特性

 

两个支路的止回阀上游分别装有2台电动离心泵,泵在额定功率下的流量为1260m3/h。设置两个回路是为了提高整个模拟一回路系统的安全可靠性。在1台泵失效的情况下,另1台泵可以接通电源运转,完全代替失效泵继续给冷却剂增压。由于每一个支路上都设置了止回阀,所以冷却剂不会在两个支路之间形成回路。实验过程中所研究的止回阀即为两个支路上的两个新型止回阀。将管路充水排气,并在管路内水的静压力为0.6MPa时关闭进水阀门停止充水。打开2号变频器,启动2号主泵。流体通过泵增压后流经止回阀,对止回阀的内部进行冲刷和撞击。当管路系统内的流体流动达到稳态时,管路内流体参数均保持不变,此时止回阀所发出的噪声称为稳态噪声。调节变频器,使主泵初始运行频率为5Hz,再逐次以3Hz递增调节变频器,直到调节至38Hz为止。在每一个工况下管路内流体流动达到稳态时,用声级计在止回阀上已经选择好的测量点进行噪声的测量。今后的实验过程中可以一直采用此3点作为测量点。

3.1稳态噪声实验

管路系统的初始压力0.06MPa,启动泵后对3点的平均噪声做平均处理后,最终得到阀门的噪声与流量关系,对噪声与流量的散点关系图进行非线性拟合后选择出最佳拟合图形,最终可得到一条平滑完整的对数曲线。由对数曲线的特性可进一步形象地描述出噪声与流量的关系,即噪声随流量的增大而增大,但是随着流量不断的增大,噪声增大的幅度越来越小。

3.2流量的变化对止回阀稳态噪声的影响

本实验的探究针对一号支路的一号止回阀,这样可以同时验证一号止回阀的稳态噪声特性和初压力对其噪声特性的影响,避免重复实验,节省了实验的时间与成本。在初始压力分别为0.08和0.16MPa的条件下,开启一号支路的离心泵,起始频率为5Hz,依次增加3Hz,直到泵达到额定频率50Hz,在每一频率下,管路内流体达到稳定状态时,用声级计测取一号止回阀噪声,获得两组数据。一号止回阀在工作过程中任一流量下所发出的机械噪声。在其他条件相同,使泵的频率由50Hz,每3Hz逐次下降,直到5Hz,在每一频率的稳态下测量得到止回阀在管路流量逐渐变小的条件下的噪声特性。将同一初压下,流量升降顺序不同的曲线置于同一笛卡尔坐标系中。管路的流量变化对止回阀的噪声特性几乎没有影响。所以一号止回阀和二号止回阀的稳态噪声特性即在只有一条支路运行时,不论管路的初始压力为多少,流量如何变化,在稳定状态下新型止回阀的噪声特性就是一条与流量相关的对数曲线。

 

4结论

 

综上所述,不同的阀门的噪声特性关系式中的对应常数不尽相同,具体与阀门内部的构造有关。管路的初始压力与流量的变化方向对实验室新型止回阀的稳态噪声特性没有影响。管路的初始压力也就是所谓的静压提高,虽然造成流经阀门内部的流体总水头提高,但是对阀门的冲刷的撞击并没有改变,说明阀门的噪声特性与流经其内部流体的动压头有关,而与静压头无关。至于管路流量变化的方向对止回阀噪声特性没有影响的根本原因在于,本实验测得的阀门噪声是在阀体内部流体稳定流动时所测得。因此不管流量是从高到低变化抑或是从低到高变化,对于一特定流量下的止回阀内部的流场是一致的,所以流体对阀内构件的冲刷与撞击是相同的,故噪声大小也是相同的。

 

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