Высокий уровень шумов при эксплуатации установок в тяжелых условиях становится причиной потенциальной опасности. Вибрация и шум могут повредить сами конструкции, стать угрозой безопасности рабочих или причиной дорогостоящих ремонтов клапанов, трубопроводов, оборудования.
Сегодня нет какой-то одной технологии или методики, позволяющей решить все проблемы с шумами, попытки либо неэффективны, либо дороги. По этой причине вам для контроля уровня шума придется выбрать несколько технологий, в зависимости от процесса. Мой свежий пост будет о шуме регулирующих клапанов и технологиях снижения его уровня. Надеюсь, информация будет полезной для поиска технологии, подходящей именно вам.
Возможность возникновения шума и вибрации существует там, где препятствие на пути потока, такое как регулирующий клапан или изменение конфигурации трубопровода, создает в системе вихревое движение. Знание источников шума и природы механизмов, его создающих, - это основа проектирования и внедрения эффективных мер контроля уровня шума.
Под шумом мы будем понимать - ненужный или нежелательный звук, производимый оборудованием управления технологическим процессом, включая регулирующие клапаны. Звук создаётся флуктуацией волн давления, источником которого является поток рабочей среды через регулирующий клапан. Конкретные источники шума являются либо механизмами, либо конструкциями, использующими в своей работе какую-либо рабочую среду.
В последних применяются потоки гидродинамической (жидкость) или аэродинамической (газ или пар) природы. Волны давления характеризуются амплитудой (громкостью) и частотой. Первая измеряется в децибелах (дБ) логарифмическом выражении относительного уровня мощности звука. Поскольку единицы измерения имеют логарифмическую природу, то увеличение амплитуды на 3 дБ на практике означает удвоение уровня мощности звука.
Частота измеряется в герцах (Гц) - другими словами, в циклах давления в секунду. Уровни промышленного шума зачастую выражаются в форме, учитывающей чувствительность человека к частоте. Эта методика называется «стандартной частотной коррекцией А». Единицами измерения в этом случае являются скорректированные по А децибелы (дБА).
Источниками акустического шума могут служить любые колебания в твёрдых, жидких и газообразных средах; в технике основные источники шума — различные двигатели и механизмы. По источнику возникновения шум делят на механический, аэродинамический, гидравлический и электромагнитный. Мы же подробнее рассмотрим первые 3 из них.
Механический шум
Создаётся физической вибрацией компонентов регулировочных клапанов, например, износившимися стержнями, относительно свободно двигающимися в клетках. Уровень звука, создаваемого этим типом шумов, как правило, относится к низкочастотному диапазону (менее 1500 Гц). Источником механических шумов может являться и резонанс движущихся частей регулирующего клапана, характеризующийся звуком определённой высоты (тона), который может достигать частоты в 7000 Гц.
Гидродинамический шум
Гидродинамический шум возникает в потоках жидкостей. Причиной его преимущественно является кавитация. Последняя представляет собой формирование и лопание пузырей пара в потоке. Такой процесс начинается, когда давление падает до уровня давления пара в жидкости. Высвобождаемая в рамках этого процесса энергия преобразуется во флуктуации давления, которые, в свою очередь, создают звуковые волны. Создаваемый при этом шум имеет широкий частотный спектр и зачастую описывается как звук падающего по трубе щебня.
Другие возможные источники шума - турбулентность рабочей среды и парообразование. Однако результаты испытаний показывают, что уровень шума, создаваемый этими источниками, как правило, не носит проблемного характера.
Аэродинамические источники шумов
Основным источником аэродинамического шума является турбулентность рабочей среды. Ниже приводится перечень нескольких зон, где турбулентность может являться проблемой. Две из этих зон находятся в корпусе регулирующего клапана.
Первой из них является область дросселирования, где относительное давление рабочей среды невелико, а скорость её движения, напротив, высока. Высокий уровень турбулентности может быть порождён струями, формирующимися в затворе регулирующего клапана.
Второй зоной является область между затвором и стенкой корпуса клапана, где высокая скорость набегания рабочей среды может привести к значительной турбулентности. Два описанных источника шумов также называются затворными или клапанными источниками.
Ещё одна область нашего интереса лежит в зоне ниже по направлению потока от затвора клапана. В этом месте турбулентность в выпускном отверстии клапана, вызванная скоростью течения среды, и нисходящий трубопровод выступают в роли ещё одного независимого источника шума. Таким образом, в каждой установке могут присутствовать два независимых источника шумов.
Стандарты IEC подтверждают, что в случае, когда скорость движения рабочей среды в выпускном отверстии клапана превышает значение числа Маха 0,3, то создаваемое при этом расширение среды создаёт значительный шум.
По мере продвижения среды по нисходящему трубопроводу турбулентность снижается. Однако акустическое поле при этом сохраняется. В зависимости от диаметра трубы, материала, из которого она изготовлена, и толщины стенок, шум на некоторых частотах проходит сквозь стенку трубы (этот процесс называется прохождением звука) и формирует звуковые волны, слышимые людьми.
Источники шума можно разделить на два типа - точечные и линейные. Шум из точечного источника распространяется в форме круга с центром непосредственно в источнике. Уровень звукового давления в этом случае уменьшается на 6 дБА при каждом удвоении расстояния от источника. Примером точечных источников могут служить вентиляционный вывод в атмосферу или газовый факел.
Шум из линейного источника распространяется в форме цилиндра с центром непосредственно в источнике. Уровень звукового давления в этом случае уменьшается на 3 дБА при каждом удвоении расстояния от источника. Примером линейного источника может служить трубопровод.
Шум не всегда приносит вред. Потенциальная возможность шумовых повреждений и вибрации зависит от следующих факторов:
– Падение давления и его коэффициент – чем сильнее падение давления и чем выше коэффициент этого падения, тем больше становится потенциальная возможность появления шума. Коэффициент падения давления — величина изменения, разделённая на значение входного давления, представляет собой индикатор, используемый для определения необходимых рабочих характеристик затвора регулирующего клапана.
– Геометрическая форма клапана/затвора – изогнутые траектории потока могут создавать турбулентность и шум, которые могут повредить затвор и корпус регулирующего клапана, а также трубопровод. Дополнительными факторами, влияющими на возможность появления шума, являются размер траектории потока рабочей среды, её форма и расположение.
– Площадь выпускного отверстия клапана – высокая скорость протекания жидкости через регулирующий клапан или трубопровод при значении числа Маха, равном 0,3 или более, может создавать повышенную турбулентность и шум. Поэтому площадь выпускного отверстия клапана необходимо учитывать для максимально точного прогнозирования уровня шумов.
– Расход – высокий уровень расхода увеличивает потенциальные шансы возникновения повышенной турбулентности и шума.
– Продолжительность воздействия – чем дольше определённая зона подвергается воздействию вибрации, тем больше вероятность возникновения повреждений.
– Оценка уровня шумов на стадии проектирования –это внешние по отношению к регулирующему клапану факторы, но также могут повлиять на общий уровень шума предприятия. Среди них:
• Траектория потока – измерительные диафрагмы, колена, манифольды и другое оборудование могут препятствовать потоку или блокировать его. Эти изменения генерируют флуктуации акустического давления, которые могут повлиять на интенсивность шума.
• Комбинированные источники шумов – сумма шумов от двух однородных источников, расположенных неподалёку друг от друга, может быть на 3 дБ громче, нежели шум наиболее сильного из двух исходных источников.
• Материал, толщина и диаметр – чем толще стенки трубопровода и чем больше его диаметр, тем меньше будет проходить сквозь стенки трубы шума, способного создавать звуковые волны, слышимые людьми.
Шум может вызывать вибрацию в регулирующих клапанах, трубах и других элементах системы. Эта вибрация сокращает срок службы вашего оборудования. А если он слишком громкий, то ждите проблем со слухом ваших сотрудников, штрафов и ограничений работы предприятия из-за превышения нормативов.
Как контролировать уровень шума регулирующих клапанов?
Если вы столкнулись с шумом механического происхождения, то контролировать его можно улучшив конструкцию регулирующего клапана и оптимизировав процесс техобслуживания. Контроль шумов, генерируемых рабочими средами, требует применения нескольких различных стратегий - в зависимости от типа регулирующего клапана и степени подавления шума.
Уменьшение шума в источнике
Основной принцип стратегии подавления шумов аэродинамической природы состоит в разбиении потока на множество более мелких параллельных потоков. Это не только уменьшает силу источника шума, но и сдвигает частоты в более высокий диапазон, который не является проблемным. Эта методика и подобные ей называются уменьшением шума в источнике.
Такие методики подавляют шум непосредственно в самом его источнике, который может затрагивать и регулирующий клапан. Стандартные методики уменьшения шума в источнике включают затворы регулирующих клапанов с подавлением шумов, линейные диффузоры и вентиляционные диффузоры, сводящие к минимуму величину турбулентности.
Уменьшение шума на траектории
Кроме снижения шума непосредственно в источнике, уровень звука можно снизить, препятствуя распространению и передаче звуковых волн. Такие решения называются уменьшением шума на траектории. Методики этого типа помогают устранить шум, слышимый вне трубопровода, путём повышения звуконепроницаемости траектории движения рабочей среды. К типовым методикам уменьшения шума на траектории относятся увеличение толщины стенок труб, установка дополнительной акустической или термической изоляции или установка шумоподавителей внутри трубы. С помощью этих методик можно снизить уровень шума на 45 дБА - в зависимости от методики и сферы применения.
Слабое место этого типа методик в том, что и поток рабочей среды, и сам трубопровод очень хорошо передают шумы, поэтому полное их подавление весьма затруднено. Другими словами, подавление шумов с помощью этих методик эффективно только в зоне применения.
Шум регулирующих клапанов – это источник проблем как для эксплуатационного персонала, так и для сотрудников отдела техобслуживания. Высокий уровень шума может привести к проблемам со здоровьем у персонала предприятия, а также к поломкам оборудования, вибрации или неполадкам в системе управления. Для большего понимания изложенных выше основ, предлагаю ознакомиться с видеоматериалом, в котором наглядно смоделированы причины возникновения аэродинамического шума.
Оставьте Ваш комментарий, если статья или видео были вам полезны.