Thread Content
I. Анализ причин вибрации: Вибрация и шум регулирующего клапана в зависимости от факторов, вызывающих их, могут быть обусловлены механической вибрацией, вибрацией из-за кавитации и гидродинамической вибрацией. Механические вибрации: механические вибрации в зависимости от способа проявления делятся на два состояния. Одним из состояний является общая вибрация регулирующего клапана, то есть его постоянные дрожания на трубопроводе или основании. Причиной этого являются сильные вибрации трубопровода или основания, которые приводят к вибрации всего регулирующего клапана. Кроме того, это также связано с частотой: когда внешняя частота совпадает или близка к собственной частоте системы, энергия принудительных колебаний достигает максимума, что приводит к резонансу. Другим состоянием является вибрация клапанного элемента регулирующего клапана; причиной этого служит резкое увеличение скорости потока среды, что приводит к резким изменениям давления перед и за клапаном, в результате чего весь регулирующий клапан начинает сильно колебаться. Вибрации, вызванные кавитацией: вибрации, обусловленные кавитацией, в основном возникают в регулирующих клапанах с жидкостным средством. Основная причина кавитации заключается в ускорении потока жидкости в регулирующем клапане и снижении статического давления, что приводит к испарению жидкости. Чем меньше степень открытия регулирующего клапана, тем больше разница давлений перед и после него. Это приводит к ускорению потока жидкости и повышенной вероятности возникновения эрозии. В свою очередь, это снижает падение давления при препятствовании потоку. Вибрации в гидродинамике: процесс сужения потока в клапане также является процессом, при котором среда подвергается действию трения, сопротивления и возмущений. При прохождении турбулентной жидкости через регулирующий клапан с плохими характеристиками обтекания образуются вихри, которые затем отрываются вместе с потоком жидкости. Формирование такой частоты отрыва вихрей и факторы, влияющие на нее, крайне сложны и характеризуются значительной случайностью; количественный расчет затруднен, однако объективно существует доминирующая частота отрыва. Когда частота этого доминирующего колебания (включая высшие гармоники) становится близкой к или совпадает с частотой колебаний самого регулирующего клапана и его вспомогательных устройств, происходит резонанс. В результате регулирующий клапан начинает вибрировать, что сопровождается шумом. Интенсивность вибраций определяется степенью интенсивности доминирующей частоты отсечения и степенью согласованности направлений колебаний высших гармоник. II. Решения: Исходя из использования регулирующих клапанов и теоретического анализа, можно утверждать, что существует множество факторов, вызывающих вибрации и шум в регулирующих клапанах. Эти факторы взаимодействуют друг с другом, причем многие из них происходят одновременно. Это затрудняет задачу снижения вибраций и шума в регулирующих клапанах; для её решения необходимо учитывать такие аспекты, как материал клапана, его конструкция и законы гидродинамики. 1) Метод увеличения жесткости: для устранения или снижения колебаний и незначительных вибраций можно увеличить жесткость. Для этого можно использовать пружины с высокой жесткостью, а также заменить привод на поршневой. 2) Метод увеличения демпфирования: увеличение демпфирования означает повышение сопротивления колебаниям за счёт увеличения трения. Например, в клапанах с втулкой можно использовать уплотнительные кольца типа «O», а также графитовые уплотнители с высоким коэффициентом трения. Это может способствовать устранению или снижению слабых колебаний. 3) Метод увеличения размеров направляющих элементов и уменьшения зазоров между деталями: у клапанов с винтовым корпусом размеры направляющих элементов обычно невелики, поэтому зазоры между деталями клапана бывают довольно большими – от 0,4 до 1 мм. Это способствует возникновению механических вибраций. Следовательно, при незначительных механических вибрациях их можно снизить путем увеличения размеров направляющих и уменьшения зазора между деталями. 4) Метод изменения формы узла ограничения потока для устранения резонанса: поскольку так называемый источник вибраций в регулирующем клапане возникает в зоне ограничения потока, где происходит высокоскоростный поток и резкие изменения давления, изменение формы узла ограничения потока позволяет изменить частоту источника вибраций; это облегчает устранение проблемы при незначительном уровне резонанса. Конкретный способ заключается в токарной обработке поверхности клапанного элемента на расстоянии 0,5–1,0 мм в пределах диапазона колебаний открытия клапана. В районе жилых помещений одного из производителей был установлен автономный регулирующий клапан давления; из-за резонанса возникал свистящий звук, мешавший сотрудникам отдыхать. Мы сместили поверхность поршня на 0,5 мм, и свистящий звук исчез. 5) Метод устранения резонанса путем замены регулирующего элемента: ① Изменение характеристик расхода: от логарифмических к линейным, от линейных к логарифмическим; ② Замена типа клапанных элементов. Например, можно заменить штифтовый элемент на клапанный элемент с «V»-образной канавкой, а штифтовый тип двухседельного клапана — на цилиндрический тип; также можно заменить цилиндр с отверстием на цилиндр с мелкими отверстиями и т. д. В одном из заводов по производству азотных удобрений был использован двухседельный клапан DN25; в этом клапане часто происходило разрушение места соединения штока клапана с его элементом управления. После того как мы выявили причину — резонанс, мы заменили элемент управления с линейной характеристикой на элемент с логарифмической характеристикой, и проблема была решена. Например, в лаборатории одного из институтов использовался клапан с манжетой DN200; из-за сильного вращения заслонки клапан не мог функционировать. После того как манжета с отверстием для открытия была заменена на манжету с мелкими отверстиями, вращение заслонки немедленно прекратилось. 6) Замена типа регулирующего клапана для устранения резонанса: у регулирующих клапанов с разной конструкцией естественно различаются их собственные частоты. Замена типа регулирующего клапана является наиболее эффективным способом коренного устранения резонанса. Клапан, при использовании которого наблюдаются сильные вибрации — интенсивные колебания (в крайних случаях это может привести к разрушению клапана), сильное вращение (даже стержень клапана может сломаться или вывернуться), а также сильный шум (до 100 децибел и более), можно заменить на клапан с совершенно иной конструкцией. Это сразу принесет эффект: интенсивная резонансная активность исчезнет, как по волшебству. В ходе нового расширения одного из заводов по производству винилона был использован клапан с рукавом DN200. При этом наблюдались все три вышеупомянутых явления: трубопровод диаметром DN300 колебался, поршень клапана вращался, а уровень шума превышал 100 децибел. Угол резонанса составлял 20–70%. Учитывая большой угол резонанса, был применен клапан с двумя седлами; после этого резонанс исчез, и клапан начал работать нормально. 7) Метод снижения вибраций, вызванных кавитацией: поскольку вибрации возникают из-за разрыва пузырьков кавитации, необходимо искать способы снижения процесса кавитации. ①Пусть энергия удара, возникающая при разрыве пузырьков, не воздействует на поверхность твердого тела, особенно на элемент клапана, а будет поглощена жидкостью. У клапанов с втулкой именно такая особенность, поэтому клапанный элемент типа штокового можно заменить на клапанный элемент типа втулочного. ②Применяются все способы снижения кавитации, такие как увеличение сопротивления в зоне сужения, повышение давления в месте сужения, поэтапное или последовательное снижение давления и т. д. 8) Избегание воздействия волн от источников вибрации: Волны, исходящие от внешних источников вибрации, могут вызывать вибрацию клапана. Это явление необходимо избегать при нормальной работе регулирующего клапана. Если такая вибрация все же возникает, необходимо принять соответствующие меры.