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浅议球阀内漏的声场数值模拟及实验研究
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&&& 常常会因为关闭不严或磨损在内部会存在泄漏，微量的泄漏很难被发现，但其造成的危害却不可小视。利用声学方法检测内漏噪声是非常有效的一种手段，但由于其内漏流道复杂、声场与流场相互作用，从理论上很难准确分析内漏噪声的特性。&&& 借助matlab的数据处理和显示功能实现了球阀内漏声场的数值模拟，更直观的表述了内漏噪声的产生机理与传播特性，同时分析了内漏度和压力差对内漏噪声的影响，模拟结果可对气体内漏声学检测技术起到指导作用。采用声学检测仪对球阀的内漏噪声进行实验研究，与数值分析结果具有一致性，这些工作都为球阀内漏的声学检测奠定了基础。一、气体喷流声场控制方程&&& 在气体内漏过程中，喷柱流动不仅是主要声源，而且不均匀的气流还对声的传播、辐射等起到扰动作用。因此，考虑喷流速度扰动对喷流噪声的影响，应用Lighthill方程，噪声可表示为600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 式中ux、uy―――喷柱扰动速度&&& p―――气体压力&&& t―――时间&&& c0―――声速&&& x、y―――喷柱扰动距离二、计算方法及模型的建立&&& 利用时域差分法，综合运用全反射和无反射二种边界条件，建立球阀气体内漏声场的数值模拟方法。图1为球阀气体内漏声场模拟的计算区域及边界条件示意图。计算区域为24×70，时间步长τ=0.04，空间步长h=0.1，声速c0=1，以上参数为无量纲值。实线表示球阀截流口处壁面的全反射边界，点划线表示远离截流口处的吸收边界。在两个截流口处分别施加高斯源压力脉动，声源强度可由流场模拟所得参数经公式计算获得。β为球体的通孔旋转角度与临界角之间的差值，称之为内漏度，用它代表球阀不同的内漏状态。600)this.style.width='600px';" border="0" />三、选取声源及计算初始声压&&& 1、选取声源&&& 研究表明，四极子声源在喷流噪声中占主导地位（3）。本文选取四极子声作为球阀气体内漏喷流噪声源。当式（1）右侧声源项为四极子声源时，Lighthill采用量纲分析方法，求得了声源表面声压PS的计算公式600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 式中 PS―――声源表面声压，Pa&&& D―――喷口当量直径，mm&&& ρ0―――气体密度，kg/m3&&& U―――喷柱速度，m/s&&& M―――马赫数&&& KS―――比例常数（取KS=0.0825）&&& 2、计算初始声压&&& 式（2）中的U和M是气体内漏喷流流场的参量，考虑球阀截流处流道的复杂性，采用二维RNGk-ε湍流模型，模拟球阀气体内漏流场。介质为空气，球阀入口压力p1=0.18MPa，出口压力p2=0.1MPa，分别模拟球阀不同内漏度下的流场，得到对应的流场数值模拟结果。由式（2），计算得2处截流声源的初始声压（表1）。600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 表2为球阀在内漏度β=3.4°下，恒定下游压力为0.1MPa，模拟四种压力差下的流场后得到的相关数据，这为内漏噪声源的加载提供了必要的参数。600)this.style.width='600px';" border="0" />四、数值模拟及分析&&& 1、不同内漏度下的内漏声场&&& 从球阀内漏度β=2.4°、3.4°、4.4°和5.4°的声压PSPL分布（图2）可以看出，两个截流处的声压都很大，并向四周辐射传播。在球体的通孔与阀体通道形成的空间里，声波叠加的很剧烈，整体声压都很大。这主要是因为一次射流噪声与二次射流噪声通过内漏孔隙传播过来的声波相互影响，并在此空间多次反射形成大量的声涡，而声波的辐射和衰减都很微弱，所以在此区域声压变化不大。上游的声波主要是由于湍流噪声通过内漏度（β）传播和辐射所引起的，从图中看出在一次截流处的孔隙所辐射出来的声波方向性很强，并向上游不断衰减，扩散，并与反射波相互叠加，形成局部高压。二次截流处附近的流速较高，噪声强度也非常大，是整个声场声压最强的区域，下游管道内部的声波是二次截流所形成的喷注噪声直接辐射的区域，声压要比上游大20～35dB，声波在射流喷注扰动和上下两壁面的反射下分布比较复杂。600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 从图2的对比可以看出，伴随着内漏度β的不断增大，截流处的速度都逐渐增大，同时产生的喷流噪声也增大，内漏声场的最大声压从90dB增加到100dB，辐射到上游的声波逐渐增多，声压强度也增大。600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 图3为不同内漏度β下，x=40处，声压PSPL沿y轴分布曲线图，对比可以看出，随着内漏度β的逐渐增大，内漏声场在x=40处的y向声压分布也随之增大，这说明整个声场声压都随着β增大。同时局部声压非常高，声场的传播具有指向性。&&& 2、不同压力差下的内漏声场&&& 从内漏间隙为3.4°的球阀在压力差为0.02、0.04、0.06和0.08MPa下，无量纲时间t=40时的噪声等压线瞬时分布图中（图4）可以看出，压力差对噪声声压的分布影响很小，两次截流处附近图3x=40，不同β下，声压pSPL沿y的声压依然保持很大，从内漏孔传播到上游的声波很少。而辐射到下游的声压和能量都很大，且随着传播距离的增大逐渐衰减，沿着管壁反射前进，反射波与辐射波相互叠加，在下游形成局部高压区。通过对比可以看出辐射到下游的声压要远大于上游管道内的声压，随着上游进口压力的不断增大，球阀两侧压力差的增大，球阀的内漏整体噪声声压随之逐渐增大。600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 对球阀在不同压力差△p下的内漏声场，在x=70处沿y向进行取样，所得声压分布对比如图5所示，通过在四个状态下的对比分析可知，声压沿y向分布基本不变，随着球阀两侧压力差的增大，在此处形成的噪声声压越强。这是由于两侧压力差的增大使得内漏流场的射流速度随之增加，从而辐射出更强的射流噪声。600)this.style.width='600px';" border="0" />五、声学实验研究&&& 1、检测装置&&& 根据阀门气体内漏声学检测实验的基本内容和要求，结合现有的客观条件，设计实验装置如图6所示。B-0.11/7型空压机可提供稳定的气流，可调节管路压力。声学检测系统采用VALM-Ⅰ-2型数字式阀门内漏声学检测仪，及中心频率为25kHz的A3传感器，采用玻璃转子流量计来测量内漏率，被测阀门为Q17W-20型球阀。整个装置采用软管连接，以降低其他噪声的干扰，达到最佳的检测效果。600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 2、实验结果&&& 图7为恒定内漏度及下游压力分别为0.10和0.15MPa下，上游压力P0与球阀内漏率Qv的关系曲线，从图中可以看出随着上游压力的增加，球阀两侧压力差随之增大，球阀的内漏率也随之增大，这与声场数值模拟结果一致。600)this.style.width='600px';" border="0" />600)this.style.width='600px';" border="0" />&&& 图8为恒定内漏度及下游压力分别为0.10和0.15MPa下，上游压力P0与内漏声振幅A的关系曲线，从图8中可以看出随着上游压力的增加，阀门两侧压力差增大，阀门的内漏声振幅A也随之增大。&&& 旋转球阀的阀杆能够调节其节流间隙的大小，这样可以模拟球阀的内漏度。由于其不可测性，又知内漏间隙正比于内漏率，所以采用内漏率Qv代替内漏度来分析它对内漏声场的影响。&&& 图9为球阀在不同内漏间隙下的内漏率与测得声振幅之间的关系曲线，由图可知，随着内漏率的增大，内漏噪声振幅A也随之增大，与球阀内漏声场的数值模拟结果规律相近，验证了声场数值模拟的正确性。六、结论&&& （1）数值模拟结果表明球阀在发生内漏时存在两处噪声源，且下游声强要高于上游至少20dB，这为实验判定是否泄漏提供了理论依据，同时二次截流处是噪声最强的地方，是检测的最佳位置。（2）数值模拟结果和实验研究都证明在恒定压力状态下，球阀内漏噪声振幅随着内漏度的增大而逐渐增大。当内漏度不变时，噪声振幅随着阀门两侧压力差的增大而逐渐增大。这对球阀气体内漏的声学检测具有指导意义。&&& 参考资料&&& 戴光，王兵，张颖，等。气体内漏喷流声场的数值模拟（J）。流体机械，）：29-33。&&& 张颖，戴光，韩波，等。利用声学检测方法估算气体阀门的内漏率（J）。大庆石油学院学报，）：79-82。&&& 马大猷。现代声学理论基础（M）。北京：科学出版社，6。
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浅析电动调节阀内漏的原因与解决办法
由于电动调节阀以高控制精度、安装调试便捷等优势，给各个工业控制系统获得非常广泛的应用。而在使用的过程中，也有问题困扰着现场的操作者——阀门内漏的问题。对此，将来讨论一下电动调节阀最常见的内漏原因与解决办法，从而来帮助更多的人解决内漏问题。
首先，当执行机构的零位设定不准确，且也没达到阀门的全关位。当出现这样的状况时，需要你手动来将阀给关死；在用力手动来关阀，最终要以稍微用力拧不动为主；当再往回拧半圈，最终就能调节限位了。如果你使用的电动调节阀，其阀门是向下推关闭型的，执行机构推力不太大，当没压力时，调试就很易达到全关位的，而下推力的时候，还不能克服液体向上的推力，所以就关不到位。那需换一个大推力的执行机构，或用平衡型阀芯来减少介质的不平衡力的。
其次，由于产品质量所引发的内漏，对于这个问题，即便不用小编来说，大家也都非常了解，因为这本就是质量方面的问题，所以使用其他方法根本就不起作用。但还需跟大家来介绍一下，当在生产中，对阀门的材质、加工工艺、装配工艺等如没控制严，会导致密封面研磨不合格、沙眼等缺陷产生，同时这些缺陷还没有彻底消除的话，是会带来电动调节阀内漏的情况的，因此需重新来加工密封面。
再者，介绍控制部分对阀门内漏的影响。由于电动调节阀的传统控制方式，是经过阀门限位开关、过力矩快关等控制方式，因为这类控制元件，它们会受到环境温度、压力、湿度等影响，最终也会使得定位失准，弹簧疲劳、热膨胀系数不均匀等因素，使得该阀门出现内漏的情况，那就需要重新来调整限位了。
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