克服由流体诱发
调节阀的振动与噪音，国内外有诸如Fisher(菲歇尔)、Mesonalian(梅索里兰)、KoSo(工装)等公司与国内调节阀生产厂所引进的低噪音调节阀。这些调节阀的共同点是流道复杂，如孔径为等值的迷宫式与叠层式结构，其制造难，成本高。这些调节阀在使用中也存在其减振降噪的预定目标未能达到的事例。研制结构简洁，加工方便，克服调节阀振动效果显著并成本低的新型调节阀，是符合实际需要的。
一、流体诱发调节阀振动的简述 在运行中的调节阀振动，除了外加的机械因素外，皆由流体诱发。按流体诱发振动机理，可表述为：
●当流体通过非良好的绕流体时，按流体力学性质会形成旋涡，并脱落；流体旋涡脱落，具有显著的周期性，并随继续向前流动的流体尾流形成脱落频率f0；随着流体流动状态的雷诺数Re的变化，周期脱落的尾流的波动强度不同。图1是流体旋涡脱落频率的发生过程。旋涡脱落频率具有随机性，但客观存在主导脱落频率fs。当fs与装置固有频率fc接近或锁定，即发生共振。
图1 通过圆柱体流体旋涡发展与Re(雷诺数)关系图
●湍流体通过装置表面时会在其上产生随机变化的压力场，它将波动流体的能量传递给装置，使装置振动；其振动是以宽广的、众多的频率均值出现。当每一振动分量在方向、频率越趋一致，振动强度就越大。
流体旋涡脱落频率与湍流体的波动频率，其影响的因素十分复杂，并且具有随机性，作定量分析极其冗长而繁琐，但可用统计特性描述。
调节阀是非良好的绕流体。当湍流体通过它时，旋涡主脱落频率与其固有频率fc接近并锁定发生共振；以及湍流体波动的压力场致使调节阀的振动，并伴随噪音的发生，即流体诱发了(调节阀)振动。克服流体诱发调节阀振动其根本是在于使旋涡主导脱落频率的形成概率与湍流体波动所形成的压力场中各波动分量在方向和频率为一致的概率等皆为极小或根本不可能发生。
二、克服流体诱发调节阀振动的方法 传统调节阀的结构是按承受载荷与输送流体的要求设计，避免流体诱发振动的因素未作考虑。这使得传统调节阀在使用中潜伏着流体诱发的振动；实际是调节阀在使用中存在振动，只是振动的严重程度不一而已。大多数调节阀的振动未对其造成严重问题，它所处的流程工艺仍能正常运行。只有那些因调节阀的严重振动造成不能正常操作，严重的噪声污染，甚至出现阀杆振断、阀芯脱落等情况，影响生产危及安全才会实施维修，更换调节阀。研究克服调节阀在运行中的振动问题成为一个实际需要的问题。
现设：一调节阀与装置的固有频率fc，在某种流动状态下的流体通过调节阀产生的旋涡脱落频率为fn与潜在存在的主导脱落频率fs。由流体力学所知，fs是在fn基础上形成(n=1,2,…i)。当n=1，f1就是fs，fs的形成概率为1.0；当n＞1.0，fn间就不一致，fs的形成概率就小于1.0；n越大，fn间就越不一致，fs的形成概率就越小。直观的物理概念与实际事例可以说明：单束流道的
单座调节阀在运行中产生振动的情况比有2～8个不等的流通窗口
套筒调节阀要多得多。可初略地推理：形成fs(主导脱落频率)的概率大于与n(流通通道数)成反比。进一步也可得出：多股频率不同的流体波动振幅的总和不是每股流体波动振幅的叠加，而很多却是它们相互间的抵消。这是其随机性所确定。只有其主导脱落频率fs与阀的固有频率fc接近或相等，则阀发生共振。这如同100只小鸟在不同时间啄鼓时，鼓只能发出低沉的声音；当这100只小鸟按相同时间间隔啄鼓时，鼓就会发出洪亮的声音。流体流过调节阀时不形成旋涡主导脱落频率，即可以克服流体诱发调节阀振动。同样，克服湍流体波动压力场致使调节阀振动的方法也在情理中了。多少的流体流道能达到避免流体旋涡主导脱落频率的形成?
如调节阀的流通面积为A，固有频率为fc，考察在阀体质量、流体流速与物理性质等因素给定条件下出现湍流体诱发调节阀振动的可能性与克服的办法。
●设单束流(道)的直径为d，流过单孔道流体形成的旋涡脱落频率f1为一随机变量，且f1～N(μ,σ2)，其中μ=c1/d，σ2=c2d2，c1、c2是与影响流体旋涡脱落频率有关的因素相关常数。当f1接近fc(设
由f1～N(μ，σ2)的正态分布表查得：
P｛f1≤μ+2σ｝=0.977，即有：
P｛f1＞μ+2σ｝=0.023。比较
fc＜μ+2σ。
●多束流发生共振概率的计算
设n个流道直径分别为di,i=1,2,…n，则有(πd2/
表示多束流的旋涡主导脱落频率，则fs～N
所以fs与f1有相同的方差。由于di＜d，所以
=0.001(由正态分布表查得)，则表示fs几乎不能发生(形成)。因其形成概率为0.001，表示阀的振动几乎不会发生。实际是已知μ0＞nμ，fc＜μ+2σ，现在使：
由于
所以则
图2 流体旋涡脱落频率正态分布示意图
三、新型调节阀的制造
克服由流体诱发振动的新调节阀采用了套筒形结构。按调节阀额定
流量系数所需的流通面积A，计算确定作为阀流体流道的i种孔径与n个孔数，在阀全行程范围内对不同孔径的n个孔采用不同的组合排列，并使所得流通面积分布按：
布局。按这结果，在套筒上钻孔，得到调节阀的多流通通道。具有多流通通道的套筒，配以套筒式调节阀的其它组件，构成了新型调节阀，现称其为异径多束流调节阀，简记为DMFV。图3是DMFV的流通面积布局。
式中，h——阀相对行程；
ΔPR——阀的压降比；
F(h)——阀的工作
流量特性，如线性、等百分比，故能充分匹配控制系统。
图3 异径多束流调节阀(DN40)流通面积展开示意
四、DMFV的使用效果
镇海炼油厂制氢装置中的脱CO2吸收塔，原采用某调节阀制造厂的套筒调节阀。一台用于塔半贫液流量控制，一台用于富液液位控制。因工艺特殊性(其中压差大)，该二处调节阀运行时出现振动、阀杆转动，并发生阀杆断裂，有时一个月内连续发生几次，给生产造成了很大影响。1996年5月，用DMFV更换了原有的二台调节阀。该新二阀运行后，原调节阀存在的问题消失，一直正常工作，效果非常显著：控制质量和生产效果提高，阀的振动、噪音消除，维修极大减少，工作环境改善。图4(a)(b)是DMFV使用的工艺流程及实际工作流量特性。此外，该厂的重油加氢裂化305塔液位控制调节阀采用DMFV后，同样获得了满意的结果。
自1987年以来，DMFV已在上海高桥石化公司炼油厂及齐鲁石化公司胜利炼油厂等的催裂化过程分馏塔塔顶温度控制的回
流量调节阀以及杭州钢铁集团公司电站锅炉主给水流量调节阀等多处使用，皆达到了解决原使用传统调节阀时存在的振动、噪音问题。所使用的DMFV至今运行正常，用户满意。
五、结论 DMFV的使用结果说明，把当代流体力学的理论，结合概率论与统计学的应用，抓住引起调节阀振动众多因素中的主要因素——流体旋涡主导脱落频率与调节阀及装置固有频率锁定后的共振，针对性采取措施，使其不能形成或者形成概率极小，显著而有效地使调节阀的振动噪音降低。DMFV的加工方便，成本低。国外现有的低噪音调节阀，其降噪的机理是增加阀流道阻力，降低流速，如KOSO株式会社的100，100V的迷宫式
球阀，用芯片组合成8次变向来控速降噪，以及Fisher公司的Whisper TrimⅢ的套筒用等径多孔来达到减噪。它们的共同点结构复杂，加工困难，成本自然也高，并且其工作流量特性不能充分匹配控制系统。这是由于它们的固有流量特性设计条件与实际运行状况不符或相差甚远所致；而DMFV消除或大大缩小了这种差异，有利于控制品质的提高，故是自动控制工程中一种优良执行器，可以广泛使用。
