CN107701791B - 活塞阀的降噪装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于降噪装置，特别是指一种活塞阀的降噪装置及其应用。包括设有出口和进口的壳体，沿轴向固定于壳体内且后端为锥状的活塞筒，分气活塞与活塞筒动密封导向配合且由连杆驱动机构驱动，其前部侧壁设有沿径向间隔且沿轴向延伸的第一开孔，其外侧与壳体出口内壁经动密封配合控制壳体内外气路通断及过流量；位于第一开孔前方的分气活塞内壁沿径向设有管径缩小的变径部，分气活塞前端盖开口包括由分布于其中心且间隔分布的第二开孔组成的中央出口、由沿径向间隔开设且分布于中央出口外侧的第三开孔组成的外侧出口。本发明有效解决了现有产品应用过程中噪声大等技术难题，具有有效降低了使用过程中所产生的噪声，经济性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于降噪装置，特别是指一种活塞阀的降噪装置及其应用。
背景技术
活塞阀与只用作管线切断的蝶阀和闸阀不同，活塞阀能满足各种特殊调节要求，也具有可靠的切断控制功能。其调节功能是靠一类似于活塞状圆柱体在阀腔内作轴向运动来实现的。介质沿轴向呈弧状进入壳体，活塞阀内的流道为轴对称形，流体流过时不会产生紊流。流道面积的改变是通过一个活塞沿管道轴向做直线运动实现。无论活塞在何位置，阀腔内的流体断面均为环状，在出口处向轴心收缩。活塞阀具有高流通能力，开度与流量成线性关系，能有效地避免气蚀和震动。内壳有流线型的导流肋和外壳相连，不锈钢活塞被可靠导引滑动，杜绝产生倾斜或运行不畅。内壳上游的端面成球形，使水流形成一个渐变过程，活塞用安装在壳内的曲柄连杆来操作。
目前国内市场活塞阀的主流产品为德国阀门生产商——VAG公司制造，该产品是在美国的针阀基础上改进研制而成，它产生于20世纪40年代，于20世纪60年代臻于成熟。自20世纪60年代至2007年生产并安装了4000多台活塞阀。我国自20世纪90年代开始引进安装活塞阀，目前在大型水利工程、污水处理、输水及水利发电等工程项目中大量使用VAG公司的产品。
环保要求不仅对于一般性工业企业十分必要，对于产生大量三废的钢铁企业尤为重要，治理的主要目标是烟气、扬尘和噪声。烟气和扬尘治理在现代技术作用下和市场准入条件的推动下都取得了很好的效果，唯独噪声尚未得到根本治理，高分贝的噪声严重影响了正常工作，成为钢铁企业迫切需要解决的棘手问题，噪声产生的源头就是炼铁高炉煤气管网末端的调压阀组。
为解决上述问题，申请人在专利号为201620106332.2的实用新型专利中公开了一种组合式消振降噪调压阀组，调节阀为活塞式调节阀，活塞式调节阀包括壳体、活塞缸、驱动机构和圆筒状的活塞，壳体的形状为流线型，壳体的前端开设有进气口且后端开设有出气口，活塞缸位于壳体内并与壳体同轴设置，活塞缸与壳体之间形成环形流道，活塞缸的前端为水平设置的V字形且开口端朝向后端，活塞缸的后端为圆筒形且后端与前端连通，活塞后端的侧壁上沿圆周方向开设有多个槽孔，活塞的前端位于活塞缸内并借助驱动机构在活塞缸内沿前后方向移动使环形流道与壳体后端的出气口连通或断开。上述现有技术由于采用活塞阀代替了现有的蝶阀，在降噪方面取得了明显的技术进步，但上述现有技术在实际应用中存在如下问题：一是由于阀体中部分零部件结构不合理导致工作时容易因结构振动产生的机械噪声；二是由于其用于气流压降分散的阀腔结构不合理所产生的空气动力性噪声。
就申请人了解的范围而言，目前国内尚无国标或行业标准对活塞阀性能指标进行规范性限定。基于对通用机械及阀门的技术要求，满足零部件之间的配合可靠，保障设备的稳定运行，实现对于气态物质输送过程中的有效控制，通过结构设计合理降低炼铁高炉煤气管网末端的调压阀组所产生的噪声，不仅是活塞阀结构设计的难点及实际应用中的迫切需要，同时也是活塞阀在应用过程中的主要研发方向之一。
申请人经过检索，未在国内专利数据库中发现有与本申请相近似的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种活塞阀的降噪装置及其应用，采用本发明的活塞阀适用于对气态物质的流量控制并能够有效降低输送过程中的噪声。
本发明的整体技术构思是：
活塞阀的降噪装置，包括开设有出口和进口的壳体，沿轴向固定于壳体内且后端为锥状的活塞筒，分气活塞由连杆驱动机构驱动且与活塞筒采用动密封导向配合，分气活塞前部侧壁开设有沿径向间隔分布且沿轴向延伸的第一开孔，分气活塞前端盖设有开口，分气活塞的外侧与壳体的出口内壁通过动密封配合控制壳体内外的气路通断及过流量；位于第一开孔前方的分气活塞内壁沿径向设有管径缩小的变径部，分气活塞前端盖的开口包括由分布于分气活塞前端盖中心且间隔分布的第二开孔组成的中央出口，以及由沿径向间隔开设且分布于中央出口外侧的第三开孔组成的外侧出口。
活塞阀的降噪装置在用于气体传输流量控制的活塞阀中的应用。
本发明的具体技术构思还有：
为提高壳体的结构强度，减小高压气体输送过程中因机械振动所带来的机械噪声，优选的技术实现方式是，所述的壳体由左侧结构体及右侧结构体通过分体法兰及密封构件实现密封固定装配。
为进一步保证零部件装配的稳定性和可靠性，优选的技术实现方式是，所述的连接左、右侧结构体的分体法兰采用止口装配。
变径部的主要作用在满足合理利用阀腔结构改变气体流向、降低其流速，所述的变径部断面呈等腰三角形。采用上述结构设计便于满足对介质过流量的计算及控制。
分气活塞前端盖的开口的主要设计构思是采用串联节流的原理，为达到有效分散阀腔气体压降的目的所提供的固定节流设计，优选的技术实现方式是，第二开孔沿圆周等角度间隔分布。
更为优选的技术实现方式是，第二开孔为外端呈锥形开口的柱形孔结构，第三开孔为长孔。
为保证传动机构的稳定性，进一步减少因此而产生的机械噪声，优选的技术实现方式是，连杆机构的转轴一端与动力源的动力输出端配合，其另一端延伸并与壳体内壁固定。
在满足筋板的结构强度以及对活塞筒的支撑稳定性的前提下，为增加气体过流量并降低其流速，优选的技术实现方式是，活塞筒前端开口后侧的法兰盘通过筋板与壳体内壁固定。
为便于壳体的装配以及配合面的连接可靠性，更为优选的技术实现方式是，筋板与法兰盘采用止口装配并通过螺栓固定。
为满足活塞筒的结构强度，使其不易产生形变，为提高设备的运行稳定性，优选的技术实现方式是，活塞筒前部侧壁设有加厚的环形强化部。
为验证本申请的技术效果，申请人进行了如下对比试验：
一、针对申请人在专利号为201620106332.2的实用新型中的产品
1、试验方法：
将是把两个容积为18m3的料罐串联，出口安装DN900的现有活塞阀，阀的出口安装两个容积为20m3串联的气罐，把气罐出口和料罐的进口用φ800mm管道接通并安装自动控制蝶阀。压力值定在2kg，即串联气压力值达1kg，阀门自行打开向前端串联料罐排气，补充气源。在料罐的进气口安装1寸球阀，并连通空压站压缩空气，球阀侧壁安装压力表检测储气压力。压力值定为2kg(模拟高炉管网压力)。由此，建立闭路循环的气源，传输由活塞阀调控流量、压力和不同速度的噪音、振速。(噪音检测用分贝仪，振动检测用振动仪、两种仪器都是检测电动机的仪器)
各项工作就绪后进行初试，首先把活塞阀运行到全关状态，自动控制蝶门关闭，打开球阀把压缩空气向串联的料罐充气，约3h把36m3容积的料罐充气至压力为2kg，操作者按总指挥口令将活塞阀开展，这时听到一声刺耳的嘶声，持续约2秒钟，嘶声停止。自动控制蝶阀开启，向串联料罐返气。检测噪声的人员距活塞阀6米，当尖叫的嘶声响起时分贝仪指向110分贝(表盘极限)，振动仪距活塞阀间距6米，声峰最高时的振速(mm/s)达8值。现场其他人员为验证有无共振反应，手触串联的料罐和串联的气罐，当尖叫的嘶声起时，两者均有抖动，说明振动形成共振反应。
上述试验属破坏性试验，正常生产中极少使用，控制阀调节是在一定的范围，不会全开全闭，但申请人从中得到了数据，可用以后的试验数据进行比较。
破坏性试验毕，把试验装置按炼铁厂最先进的配置进行改造，把活塞阀的电装驱动改为液压缸，把DN800的调节阀也改为液压缸，配装一台液压站和一套PRC自动控制系统，由该系统指令电磁阀，按自动编程进行全部自动控制。
试验的方法按不同炉顶压力进行模拟试验：
第一方案炉顶压力为1.5kg(400m3-650m3高炉)：
进气侧(料罐串联容积36m3)压力2kg,出气侧(气罐串联容积40m3)压力为1.2kg，损失的气量由空压站管网补气。
第二方案炉顶压力为2kg(810m3-1430m3高炉)：
进气侧压力为2.5kg，出气侧压力1.7kg。
第三方案炉顶压力为2.5kg(1500m3-3200m3高炉)：
进气侧压力为3kg，出气侧压力2.2kg。
方案确定后，由低压向高压递增试验，空压站开足马力在夜间将进气侧、出气侧容器充气，到额定值后保压，等待白天试验，第二天8：30自动化工作人员把PRC设定1.5kg的自动化程序，指令两个液压缸按命令执行，分贝仪、振动仪按10m间距测试(钢铁厂安环部规定间距)。
由于进气侧容积36m3，出气侧容积40m3，压差0.5kg,活塞阀和调节蝶阀需调节两个容器的压差，均衡两个容器的压力。当活塞阀启动后顿时嘶声响起，但已不是刺耳的怪叫声。2分钟后活塞阀液压缸游动，两个容器的压差很快均衡，均衡后噪声消失。两个容器压力不均是绝对的，活塞阀液压缸游动不止。另外本试验是借用了气体可以压缩的原理，人为的补气、放散造成不均衡，测试活塞阀的控制、调整功能。故各控制系统工作不间断。
2、实验结果：
在活塞阀启动瞬间的噪声，分贝仪测试为最高值90分贝，振速(mm/s)为4.5。但在均压运行中噪声降低为60-70分贝，振速(mm/s)为2.8。
二、针对本发明中的活塞阀
1、试验方法
初试还是破坏性试验，将串联料罐充气2kg，串联气罐充气1.5kg,自动控制良好，分贝仪、振动仪距活塞阀间距6m。自动控制将活塞阀开展，随即听到嘶声，但不是刺耳的怪叫声，4秒钟后嘶声停止，进入自动调压程序，正常运行。噪声响起时分贝仪指针高值70-75分贝，振动仪声峰高值振速(mm/s)4，容器、管道、阀门无振动的手感，即没有共振。
现有活塞阀的初试尖叫刺耳的嘶声是2秒钟，采用本发明中的活塞阀试验的嘶声是4秒钟，时间长了一倍，噪声几乎减了一倍，振动的振速减了一倍。
随后两昼夜安排值班人员按试验工艺分别对1.5kg级、2.0kg级、2.5kg级模拟工艺试验，明确规定每小时对活塞阀密封带的温度、分贝值、振速值做详细记录。
2、实验结果：
两昼夜的试验结束后整理记录数据分别是：
噪声分贝值：50-60分贝；
振速(mm/s):1.8-2。
由以上对比试验可以看出，采用本发明的活塞阀用于调压阀组能够明显降低噪声。
申请人需要说明的是：
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“前端”、“后端”、“中央”、“中心”、“外侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明所取得的实质性特点和显著技术进步在于：
1、本发明巧妙通过对阀腔、阀体的一系列结构设计(包括后端为锥状的活塞筒、分气活塞侧壁及前端的开口及变径部的结构)，并利用串联节流的原理，达到多次改变气体流向，逐步降低气体流速的目的，同时将压降合理分散在阀腔以及分气活塞的固定节流结构，其结构设计不仅能有效降低现有产品阀体结构设计缺陷所带来的空气动力性噪声大的技术难题，同时具有较好的经济性。
2、筋板的结构设计，在满足结构强度及支撑稳定性的前提下，进一步增加了气体过流量，降低了气体流速，减小了空气噪声。
3、将转轴的结构设计从半轴改为通轴，在满足对转轴两端有效支撑定位、减少其因受力不均产生形变的同时，巧妙实现了活塞筒的轴向两点定位，相比现有产品而言进一步提高了活塞筒的轴向定位的可靠性，有效降低了因零部件冲撞共振所带来的机械噪声。
4、活塞筒开口处的法兰盘的结构设计以及与筋板连接的活塞筒侧壁的环形加厚部的结构设计，在满足结构强度的同时，进一步降低了因零部件配合稳定性差所带来的机械振动，减小了机械噪声。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的分气活塞前端盖结构示意图。
图3是本发明的分气活塞前部结构示意图。
图4是本发明图1中A部局部放大图。
图5是本发明图1中B部局部放大图。
图6是图1的左视图。
图7是本发明中相关试验装置的结构示意图。
附图中的附图标记如下：
1、活塞筒；2、分气活塞；3、壳体；4、第一开孔；5、变径部；6、第二开孔；7、第三开孔；8、转轴；9、筋板。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。
活塞阀的降噪装置，包括开设有出口和进口的壳体3，沿轴向固定于壳体3内且后端为锥状的活塞筒1，分气活塞2由连杆驱动机构驱动且与活塞筒1采用动密封导向配合，分气活塞2前部侧壁开设有沿径向间隔分布且沿轴向延伸的第一开孔4，分气活塞2前端盖设有开口，分气活塞2的外侧与壳体3的出口内壁通过动密封配合控制壳体3内外的气路通断及过流量；位于第一开孔4前方的分气活塞2内壁沿径向设有管径缩小的变径部5，分气活塞2前端盖的开口包括由分布于分气活塞2前端盖中心且由间隔分布的第二开孔6组成的中央出口，以及由沿径向间隔开设且分布于中央出口外侧的第三开孔7组成的外侧出口。
所述的壳体3由左侧结构体及右侧结构体通过分体法兰及密封圈实现密封固定装配。连接左、右侧结构体的分体法兰采用止口配合。
所述的变径部5断面呈等腰三角形。
第二开孔6沿圆周等角度间隔分布，第二开孔6为外端呈锥形开口的柱形孔结构，第三开孔7为长孔。
连杆机构的转轴8一端与动力源的动力输出端配合，其另一端延伸并与壳体3内壁固定。
活塞筒2前端开口后侧的法兰盘通过筋板9与壳体3内壁固定。
筋板9与法兰盘采用止口装配并通过螺栓固定。
活塞筒2前部侧壁设有加厚的环形强化部。
Claims (8)
1.活塞阀的降噪装置，包括开设有出口和进口的壳体(3)，沿轴向固定于壳体(3)内且后端为锥状的活塞筒(1)，分气活塞(2)由连杆驱动机构驱动且与活塞筒(1)采用动密封导向配合，分气活塞(2)前部侧壁开设有沿径向间隔分布且沿轴向延伸的第一开孔(4)，分气活塞(2)前端盖设有开口，分气活塞(2)的外侧与壳体(3)的出口内壁通过动密封配合控制壳体(3)内外的气路通断及过流量；其特征在于，位于第一开孔(4)前方的分气活塞(2)内壁沿径向设有管径缩小的变径部(5)，分气活塞(2)前端盖的开口包括由分布于分气活塞(2)前端盖中心且间隔分布的第二开孔(6)组成的中央出口，以及由沿径向间隔开设且分布于中央出口外侧的长孔组成的外侧出口；所述第二开孔(6)为外端呈锥形开口的柱形孔结构，且其沿圆周等角度间隔分布，所述变径部(5)断面呈等腰三角形。
2.根据权利要求1所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，所述的壳体(3)由左侧结构体及右侧结构体通过分体法兰及密封构件实现密封固定装配。
3.根据权利要求2所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，所述的连接左、右侧结构体的分体法兰采用止口装配。
4.根据权利要求1所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，连杆机构的转轴(8)一端与动力源的动力输出端配合，其另一端延伸并与壳体(3)内壁固定。
5.根据权利要求1所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，活塞筒(1)前端开口后侧的法兰盘通过筋板(9)与壳体(3)内壁固定，筋板(9)采用轮辐式结构。
6.根据权利要求5所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，筋板(9)与法兰盘采用止口装配并通过螺栓固定。
7.根据权利要求1所述的活塞阀的降噪装置，其特征在于，活塞筒(1)前部侧壁设有加厚的环形强化部。
8.根据权利要求1-7任一项所述的活塞阀的降噪装置在用于气体传输流量控制的活塞阀中的应用。
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- 2017-10-17 CN CN201710964299.6A patent/CN107701791B/zh active Active
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