噪音的影響
在沒有講述調節閥噪音專題之前，先談談噪音對人體健康的影響。這樣也許會增添鼓舞，更加努力于克服或消除所在單位的噪音工作，并且使管理部門深信這是一項產意義的和值得花時間做的工作。
噪音被認為是世界上最普遍的污染�？梢钥纯聪旅鎺讉�方面的情況：
德國馬克斯普蘭學院的工業生理學博士格爾德。詹森說，噪音對心血管病例如心臟病和高血壓有影響。已經對工作在高噪音環境和低噪音環境的工人進行了比較。高噪音區的工人都有比較嚴重的血液循環疾病、心臟紊亂、神經過敏和平運動祖業損傷，甚至在工作和家庭中都有更多沖突。
俄亥俄州的皮膚研究所的萊斯特。桑塔博士發現，噪音對未誕生的嬰兒可能有影響，使胎兒的心跳加速增快和引起肌肉收縮，延長在噪音區的停留時間可能會導致神經系統的不正常，會影響到以后的生活活動。老鼠的試驗表明，受到聲音壓力影響的胎兒在生長過程中顯示出組織紊亂。
噪音對高血壓的影響可能導致腸胃病例如胃潰瘍。俄國人在這方面的研究表明，在高噪音區工作的和在低噪音區的工人相比較，前者在高血壓發病率高一倍，而胃潰瘍的發病率高達三倍，而損傷性以及病多九倍，主動提出申訴的人數多十一倍。
噪音會使人睡覺不香甜，因而影響智力和身心健康。在英國的兩年研究發現，住在*近倫敦哈薩克思勞機場附近的人與住院部在比較僻靜區域的相似社會階層的人相比，前者進精神病醫院的比率比后者要高得多。
所有上述職些病倒都表明，噪音對于人體的危害是很嚴重的。有些人把噪音危害叫做“慢性致命劑”。當然，最經常的后果就是降低聽覺能力，需要助聽器。這種類型的噪音危險是如此第三和暗中為害，以至成為明顯的病癥時，已為時晚矣。這種危害是不能治好的。世界健康組織估計，美國由于噪音危害，每年花費在事故、曠工、低效北和賠償損失的金錢達40多億美元。當然，不全都是由于工作噪音，但工業噪音卻占最大部分。
噪音級
什么是噪音污染？它可定義為不希望要的工中沒有價值的聲音。噪音工作者指出，這個詞來自于拉丁語“惡心”。作為工程師不論是設計控制系統的（包括調節閥在內）還是搞噪音控制工作的，都要關心我們的設備對總污染問題有怎樣的影響。調節閥是我們的主要噪音污染源：有時在化工、石油和電站會發現少數的調節閥其聲壓級超過100分貝（A）。盡管如此，對于常用的聲音響度。分貝（A）這個詞意味著A——加權標度的分貝，這是一種近似人耳朵聽到的聲音。用對數表示分貝，也就是說每變化10分貝，就有10倍的增量。這樣，100分貝的確聲音強度為90分貝的10倍，而為80分貝的 100倍。人的耳朵聽覺每增加10分貝，響度大約增加1倍。普遍認為，在85分貝以上的噪音環境里工作時間過長，可能會損壞大多數人的聽覺。只有少數人對于這種噪音級的環境里停留是比較敏感或比較不敏感。因此，這青蛙半年或一年的聽覺的聽力圖和連續記錄的重要性。
雖然，我們主要討論工業工人，但我們不能忘記在鄰近住宅區居民。隨著時間的流逝，人們日益自愿遵守噪音管理條例。你可不知道，勞動部門為把8小時的工作環境噪音最佳值90分貝（A）減少到85分貝（A）正在作出巨大的努力。
八音度頻帶等響曲線
現在我們看一下圖48的圖形，表明所推薦的八音度頻帶等響曲線相當于允許的總加權聲級，對于每個聲級都可以繪制出無限多的八音度頻帶壓級等響曲線。但是，把它們表示為一種有代表性的“白噪音”曲線�！鞍自胍簟笔且环N類似于“白熾燈光”的寬頻帶噪音。注意，人們耳朵最敏感的頻帶是1000～5000赫茲，分貝（A）等響曲線是頻帶范圍的下限。正如前述，對于聽覺保護來說，合適的設計準則是在離閥門三英尺處測量的85分貝（A）總的聲級。一般說來，這一聲級也將保證閥門對于本區域內的其他噪音源不會添加大的附加影響。根據粗略的經驗法則，這將要求將閥門或配管內的氣體或蒸氣速度限制在0.3馬赫以內。 
設備的評價
在許多工廠中由于閥門噪音通常是主要的噪音源，因此，認識這個問題和考慮可能的解決辦法是達到控制噪音在允許范圍內的前提條件。正如后面將要討論的，閥門內部產生的空氣動力噪音是主要的，雖然這種噪音未必能夠總是精確地預測。然而，在設計新設備時，在開始我們就有考慮處理噪音污染問題的機會�，F有的設備同樣也可以給予評價和采用適當的校正措施。有下述兩個應用原則：
1）在操作范圍內，如何選擇有效的設備？
2）與其它噪音控制系統有關的費用是什么？
有一個粗略地估算準則，可以把閥門分為兩類——100分貝（A）聲壓級以下的和100分貝（A）聲壓級以上的。 100分貝（A）以上的屬于聲源處理校正的范圍，而接近100分貝（A）的，采用聲路處理的代替辦法也許可能是合乎要求的。低于100分貝（A）的閥門可以有許多種可能選擇的處理方法，其中包括聲源處理。超過105分貝（A）以上的噪音，經驗表明，聲源處理是可行的。即使如此，有些工藝流體狀態不允許閥門聲源處理，而可以采用我們所述的技術之外的其它方法，亦能做到較好的處理。
閥門的噪音源
什么是閥門的噪音源？基本上有三個噪音源：機械振動、氣蝕和空氣動力。機械振動和氣蝕的噪音一般都是在100分貝（A）以下，只有少數例外�？諝鈩恿υ胍艨梢允侨魏蔚穆晧杭�，而在大多數情況下都是超過100分貝（A）。
機械振動是由湍流、壓力振蕩或由于速度和（或）大的流量所產生的不穩定的流動力量所引起的。一般認為，機械振動是不可預測的。其噪音級是低的，而且很少超過90分貝（A），頻率在50～1500赫茲范圍之內。具有超過這個頻率范圍的機械振動是由于閥門內部激發的固有諧振所引起的。這種類型的噪音可能是90分貝（a）和更高的范圍，其頻率高達7000赫茲。這種噪音具有單音調的特征，與寬頻帶或“白噪音”比較起來通常被認為是討厭的聲音，這種噪音在某種程度上可以作為較低音級的噪音來看待，但是，從長遠考慮，這種噪音還是要消除的，因為它會損壞閥門。通過改變閥芯形式的辦法，這種噪音往往是可以消除的。改變質量和彈性剛度可以改變諧振頻率，使之超出諧振的激發范圍。在許多情況下，機械的抑制方法例如套筒或導桿導向也可以做到這一點。目前在這方面的工作表明，將有可能檢驗一個閥門的機械結構，在聲學上預測產生的振動問題和創造改正的設計。
氣蝕噪音是氣蝕嚴重程度的函數，它隨著壓力降和流量的增加而增加，達到某種最大程度，然后降低到較低量級。這種降低是由于下游壓力恢復到接近流體蒸氣壓力而導致減少氣泡的破裂或氣蝕的這種變化所引起的。于是，所產生的噪音類似于純閃蒸液體的噪音。在氣蝕噪音預測方面正在做大量的工作，盡管這些工作還是很膚淺的和不完整的。但是，得到很多可利用的資料，其中大多數都是用于純水的，問題是用什么辦法能夠很好地把它們推廣到預測其它液體的氣蝕噪音的公式中去。雖然如此，你可以得到一個合理的預測潛在噪音的方法。最大的氣蝕噪音一般是100分貝（a）左右。通過適當選擇隔音材料可以處理這種噪音，因為這種噪音高度集中。盡管如此，有關的機械結構損傷不可忽視，那么最好的辦法就是減少或者消除噪音。有許多現成的方法和許多可利用的具有不同程度效率和適用性的閥門結構都可以做到這一點。其中有哈梅爾—達爾的“閃蒸流式”、費歇爾控制公司的“防氣蝕閥內件Ⅰ和Ⅲ″、伊阿爾威公司的
“渦輪級聯式”、科普公司及梅索尼蘭公司的階梯式閥內件結構、瓦爾特克的“龍齒式”和控制部件公司的“自阻尼式”等種結構形式可供利用。
空氣動力噪音是最常見的和最壞的噪音源。其機理是復雜的，從早到晚，這種噪音基本上是由于湍流流體和在混合區域內的層流流體的相互作用或者由于高帶和（或）氣體質量流率的沖擊波所引起的�？諝鈩恿υ胍舻某霈F和近似的大小可以預測。各制造廠都已研究出自己的“內部的”預測方法，雖然需要增加大量的附加工作早，從早到晚他們正在按照各種工業的情況分組進行這些工作。這種研究必將導致更好地了解這種噪音的產生機理和大大改進任何設備布置的噪音預測方法。
當然，1.0馬赫速度或聲速時，準保有噪音，而低到0.4馬赫和處理大的質量流量時，較低的壓降下也可能產生高的噪音級。見圖49。比較種種噪音源是有意義的。有代表性的空氣終端噴射噪音大約是117～120分貝（A）。一場熱鬧的音樂演奏大約是110分貝（A），但是，石頭在滾動中的碰撞聲高達126分貝（A）。調節閥在某種高壓放空情況下可以達到140～150分貝（A）左右。
空氣動力噪音的考慮
閥門的機械振動和氣蝕產生的噪音還是比較容易處理的，因此，我們著重討論空氣動力噪音的實際問題。因為只有了解問題的嚴重程度，才能訂出解決辦法，因此，首要任務是確定問題的嚴重程度。正如前面所述，各個閥門制造廠都已研究出許多預測噪音的方法以及某些沒有發瑤工業用戶自己的預測方法。所有這些方法都反映出目前的技術水平，但并非在任何情況下都是準確的。至少有三個公司提供了一種以他們內部的方法為基礎的計算機程序。顯然，由計算機提供支援的答案是以他們公司的特定產品系列為基礎的。然而，特別是對于那些缺少經驗的用戶來說是有幫助的。我自己篩選分類至少有兩個好處。你可以學到許多東西，更深入了解噪音問題。而且可以不管制造廠，自己可以從各種解決方法中進行選擇。
有一種快速的經驗法則，可以作為篩選的方法。開頭用簡單的公式P1Cv=X，式中P1是上游的絕對壓力，而C v是閥門最大有流通能力。如果X超過而又小于1000，那么，噪音也許不會超過90分貝（A）。如果X超過1000，那么這個噪音可能是90分貝（A）和 90分貝（A）以上。明確的計算是需要的，以便于工作確定這個問題的大小。此外，還可以利用兩組分類法——處理可能是最好的工程辦法，但是，聲路處理對于減少10～15分貝（A）的要求來說是最為經濟的。
聲路處理
聲路處理是以下述方法中的一種或幾種為基礎的：距離、傳送損失、消耗和速度。
1）距離意味著閥門的位置離開人們、工人或鄰居要有足夠遠的地方，所以他們只接受到弱小的噪音。這個噪音級可以通過一個保守的公式（聲壓級減少與距離成線性關系）來核算，即：
這個公式是以閥門出口亞音速為基礎的。因此，如果閥門出口達到音速，那么，由于高速流動，噴射沖擊波和湍流的混合作用就成淡主要的噪音源，因此，就要求用聲源處理的方法來解決。
2）通過增加管壁厚度和（或）增加隔音材料厚度可以達到傳送損失。例如，管線的管徑達到4英寸，聲壓級大概能減少5 分貝（A）；而管線直徑從6到24英寸，由于管壁厚度增加一倍，聲壓級大概減少7～10分貝（A）。適當類型的隔音材料厚度增加1或2英寸，還可以使聲壓級減少分貝（A）。某些試驗表明；由于用不同的工業隔音材料，噪音損失效率是很不一樣的。奇怪地是，業已發現，隔音材料的厚度超過兩英寸后，一般說來利益非常小。同時，在這些有效的隔音材料中，頻率帶寬是非常有限的。如果你不知道你在這方面要做些什么，你可能“瞎買東西”。還必須認識到，聲音沿管線傳播。因此，增加管壁厚度和（或）給閥門區別輕重緩急管線包上隔音材料可能是一種非常費錢的解決辦法�；旧�，安裝每英尺的隔音材料大概要10～30美元，取決于材料的類型的尺寸。
3）采用消音器可以在到消耗噪音的作用。這種方法可能是化錢的，而且并非總是完全湊效的。必須遵守一定的準則。入口速度必須是亞音速和消音器不能當作減壓器使用。同時，它還必須是厚壁結構，否則，如果殼體振動的話，消音器可能成為揚聲器。圖50表示一個典型有損耗式消音器。注意，這是個入口擴散器總是有用的，因為它能減弱沖擊波或沖擊源振蕩。一般說來，這種振蕩具有下游聲場的特征，而且，可能使消音器失去作用。試驗表明，這種類型的消音器有一鸰上最大效率的尺寸。盡管如此，所提供支援的所有尺寸的消音器，如果使用得當，能有助于減少噪音。
4）流速必須保持最小的速度，以便減少噪音。管線的尺寸必須按流速不大于300英尺/秒來計算。閥門應當按亞音速計算，使得閥體出口直徑能限制流速在0.3馬赫左右。另一方面，即使下游配管擴展到一個較大的管徑，出口湍流集中在擴大管，而且產生噪音。因此，試圖通過管線擴徑減少閥體閥門出口速度，從而達到減少噪音的想法是錯誤的。過大尺寸的閥體和（或）圖51所示的這種結構的出口擴散器是有用的。正如它們的名字所包含的意義，擴散器就是驅散一般的出口湍流狀態。它們也能起到降低調節閥壓降和流速的降壓設備的作用。因此，它們能夠減少已設計好的系統中的噪音。必須記住，流量調節使之不能在整個操作范圍內都是有效的，不過，所增加的閥門壓力降已補較低的攝影師流量噪音所補償。
如果預測到的噪音級高于100分貝（A），尤其是大于105分貝（A）時，那么，只能是使用聲源處理的方法來解決。
聲源處理
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采用聲源處理調節閥噪音，須要考慮許多問題，例如：
1）所需減少的噪音，分貝（A）；
2）壓力比，P1/P2或△P/P1；
3）質量流量和調節比的要求；
4）其它速度所引起的問題；
5）冶金和機械設計的要求；
6）工廠操作的公用工程要求；
7）經濟性要求——全部有關設備（不只是閥門）的采購、安裝和維修費用。
供貨商的建議必須慎重和全面地對上述的因素作出評價。有關每一個個因素的重要性就是判斷和了解具體應用和工廠需要的主要內容。首先考慮的不是每個部件的費用，正如人們所看到的，比較費錢的設備能長期運行最經濟。
處理聲源的閥門結構
目前在市場上有四種基本的處理聲源的閥門結構。第一種結構形式是在種種套筒式結構中采用多流路的結構。其中有代表性的類型是費歇爾控制公司的“威斯帕低噪音閥內件I”（圖52），美國國際電話與電報公司亨馬爾—道爾分公司的“閃蒸流式”和W—K—M公司、凱利和米尤勒公司、瑟克控制公司、梅索尼蘭國際公司的類似結構。萊斯利公司的“無聲式”和約旦閥門公司的“滑動閘板式”調節閥結構也是以多流路處理為基礎的。如果 P1/P2比比值會是在2到2.5的最大范圍內，閥門最大出口是在0.3馬赫的話，適當地選擇我流路閥可以得到高達15分貝（A）的噪音衰減。因此，這些閥可以適用于最大高達100分貝（A）的使用場合。由費歇爾公司設計的稱為“威斯帕低噪音閥內件Ⅲ”的多流咱結構適用于較高的壓力比，應用得當，其最大噪音衰減高達20分貝（A）。盡管如此，制造廠宣稱，在某種使用場合誤差噪音高達30分貝（A）。徹底的解決辦法可能需要使用擴散器和（或）消音器加上某種隔音材料。
第二種結構形式是使用圣誕樹形的迷宮式多級閥芯（圖53）來提供體積膨脹及壓降.這種結構來自梅索尼蘭國際公司,如果選擇得當和P1/P2壓力比不超過3:1或4:1的話,可以提供噪音衰減大約20分貝(A)。在更高的壓力比下，出口速度將超過0.3馬赫，將要求增加聲路處理，例如管線消音器或梅索尼蘭的“低分貝板”和可能需要某種隔音材料來作為一個總的消音系統。這種“低分貝板”（圖54）雖然討論得很少，但還是一種很有用的設備。這些板都具有許多特殊的孔，它直到減壓器和消音器的作用。它們安裝緊湊（見圖55）而且安裝費用便宜。在適當選擇的應用場合，使用這種板可以得到良好的消音效果，衰減噪音達到10分貝（A）。這些板可以與在開（關）使用場合例如放空以及節流的閥芯閥和閘板閥一起使用。在節流的使用場合，它們具有類似于擴散器的特性，而且由于流量調節要損失一些效率。此外，這種板還部分地補償了較低的質量流量帶來的少量噪音。通常在閥門和這種板之間的管線上需要裝上隔音材料。
第三種結構形式（圖56）使用多重短的摩擦通道的金屬板。這些通道都具有關個大的長徑比，利用許多直角的轉彎的辦法來損耗速度頭，使壓力降達到最大。通道的布置結構和決的板數是設計變量。我們認為這種結構與圖57所示的控制部件公司的“自阻尼式”閥門相似。無論在任何壓力比和流通能力下它都能提供所需要的噪音衰減。在這個能力方面，它是獨特的。由于這種閥內件把速度限制到大概為管線的流速，一般約為0.3馬赫。因此，不需要其它的附加設備。工藝介質較臟的場合，使用這些閥門必須小心，對于首次開工，建議安裝一塊臨時性的濾網，直至管線中的碎片臟物基本除去掉濾網。
第四種結構形式采用多重同心溝槽的圓盤。在剖面上，這些槽看起來好似V形齒，相鄰盤上的這些矍相互緊密咬合，如圖逆反心理示。在橫斷面上的槽和中間網眼之間的空隙是可以改變的，以適應不同要求。這種結構是由瓦爾特克公司設計的，是他們的氣蝕“龍齒式”閥內件的一種變型。這是多級式閥內件和短摩擦通道概念的一種引伸。把這些圓盤以類似于“自阻尼式”閥門的形式堆疊起來。在適當的使用場合，這種結構在廣泛的壓力比范圍內，可以得到超過20分貝（A）的噪音衰減。
聲路處理與聲源處理的比較
所有這些，我們可以看到，用其所長聲路處理、聲源處理或結合這兩種方法可以解決噪音問題。除了低的噪音級，可以得到一般性的結論，即在大多數的情況下，聲源處理可能是最有希望的、有效的和經濟的解決辦法。對于這種涉及到高質量流量、高壓降和高溫的苛刻條件尤其是這樣。
大的消音器，支撐鋼材、隔音材料、附加配管和安裝的總費用可能是很大的，至少是和專門的低噪音閥門的成本一樣，而常常是高于低噪音閥門的成本。再看看圖59，在某種程度上這種聲路處理往往是有效的。聲源處理與普通閥加消音器的處理辦法相比較表明，如圖60所示的聲源處理的費用總是要便宜得多。即使聲源處理閥門的價格很貴，但是，節省系統總的費用的25%往往還是可以做到的。聲源處理在各種不同的使用場合都是有效的。例如，1500磅/英寸2表壓蒸汽放空，5000磅/英寸2表壓工藝氣體放空，300磅/英寸2表壓工藝氣體放空，1500磅/英寸2表壓蒸汽減壓到350表壓。最后介紹的應用情況是如此平穩，以至于很難知道這個閥門是在節流還是在關閉，除非檢查閥桿位置，一個典型的空氣放空試驗表明，用聲源處理辦法可以達到減少噪音的目的。參看圖61。
此外，使用聲源處理閥門的經驗表明，可以節省大量的維修費用，以及縮短工廠停工時間。兩種閥門（一種是普通的而另一種是聲源處理的）并行使用的經驗表明，在很高的壓力下應用，每操作250～300小時可節省重修費用大約2000美元。在拆卸檢修之前，1500磅的蒸汽已經放空許多次了。因此，一種昂貴的閥門從長期的費用來看，最后可以真正地成為最經濟的閥門。一次投資不是最重要的。
結論
我們研究一種基本的閥門噪音關系。圖62表示在不同P1/P2比下，質量流量和聲功率級之間的關系。注意，壓力比超過10:1；聲功率的變化是相對地小的。從2:1到10:1，每一個級差的增加是非常明顯的。這些曲線可以用來計算管子外面產生的聲壓級。它將要求計算通過管壁的傳送損失，把聲功率轉變為聲壓級（分貝），再把分貝換算為分貝（A），如果計算峰值頻率的話，這仍然是一種先進的技術方法�？梢灶A料，由制造廠、工業用戶和研究單位繼續進行噪音預測的研究工作，對這個非常復雜的領域必將會有更為深刻的了解，因而改進噪音預測方法，使之更為準確、包括更廣泛的流動狀態范和更深入的認識實際設備在發生噪音時的影響。到此，我們已有了幾種可利用的方法，這將使我們在評價各種解決辦法時有取得成功的希望。 |
