节流对管路振动特性的影响

　　引 言

　　通常管路是一个分布范围很广的系统。对振动噪声而言,管路是一个很好的传播通道,与管路相连的振源的振动噪声极易向外传播。管路节流产生的气穴(空化)现象是诱发管路振动噪声的激励源之一。当产生气穴时,整个管路系统将产生明显的振动和噪声。因此,在管路设计时应予以充分的重视,从振源着手降低振动噪声,尽量避免出现节流气穴现象。

　　应用阀门节流提高泵的背压是试验室常用的模拟泵实际使用工况的措施。但在采用关小阀门节流提高泵的背压的同时,极易在阀的下游产生严重的气穴现象,导致试验测量结果失真。本文通过一个具体的事例探讨节流与管路系统振动噪声的关系以及避免气穴激励管路异常振动噪声的设计方法。

　　1 节流与气穴

　　管道内流体流过狭窄的截面时形成节流,节流部位的上下游可形成较大的压力差。流体流过阀门是一种典型的节流现象。在试验室试验时常用调节阀门的开启度调节管道的压力,提高泵的背压,模拟实际运行工况。在阀的下游,由于压力迅速降低,当上下游的压差达到一定的值后,混入液体中的微细气泡的体积膨大并聚合形成有相当体积的气泡,此时形成的气穴尚属轻微气穴。当压差高达空气分离压时,除了混入液体中的气泡膨大聚合形成较大气泡外,溶解于液体中的空气将大量迅速自液体中分离而产生大量气泡,此时将形成严重气穴。若节流前后压差降低到该温度下液体的饱和蒸气压以下,除了液体中所含的空气析出形成气泡外,液体还将汽化沸腾产生大量气泡,这时将产生强烈气穴。

　　通常用节流气穴系数作为衡量节流气穴发生的参数。节流气穴系数定义为:

　　式中:pg:一定温度下的空气分离压;

　　p2:节流下游的压力;

　　V2:节流下游压力为p2处的平均流速。

　　当p2-pg越小时,即节流下游越接近液体的空气分离压时,越小,越易产生气穴。按能量方程有:

　　式中:p1是节流上游的压力,当以绝对压力表示各处的压力值时,pg0,此时

　　因此,从某种意义上讲,p1/p2是决定R的主要参数,p1/p2值越大,越小,越易发生气穴。

　　节流形成的压差与装置的几何参数和流量存在以下关系:

　　式中:p1:节流孔上游的压力;

　　pC:节流孔下游的压力;

　　Q:节流孔的流量;

　　S0:上游管道的横截面面积;

　　C:节流孔过流的流量系数;

　　CV:节流孔的流速系数;

　　SC:节流孔的横截面面积。

　　由此可以看到,当节流孔面积变小时,节流产生的压差增大,当压差增大到节流孔后的压力pC低于流体的空气分离压时,将产生明显的气穴现象,导致异常噪声和振动。对于流体中的特定装置,存在一个临界气穴系数c。当>c时,系统不出现气穴,当<c时,出现气穴。