Al corriente dic 10, 2021
Análisis del ruido de las válvulas de control
1. Ruido aerodinámico
El ruido aerodinámico es causado por el gas o el vapor que fluye a través del orificio. El ruido de válvulas de control El ruido que se encuentra en la industria es principalmente el ruido aerodinámico. El vapor y el gas son todos fluidos compresibles. En general, el caudal del fluido compresible es mayor que el del fluido incompresible. Cuando la velocidad del gas es menor que la velocidad del sonido, el ruido es causado por una fuerte turbulencia. Cuando la velocidad del gas es mayor que la velocidad del sonido, se generan ondas de choque en el fluido, por lo que el ruido aumenta bruscamente. En comparación con todo tipo de ruidos, el ruido causado por el fluido compresible que fluye a través de la válvula de control es el más grave.
2. Ruido Hidrodinámico
El ruido hidrodinámico es causado por el flujo de líquido a través del orificio de la válvula de control. Existen varias estructuras de válvulas de control, y las formas típicas de aceleración se muestran en la Figura 1. Aunque las formas estructurales de varios aceleradores son diferentes, todos tienen un efecto de aceleración sobre el líquido. Cuando el líquido pasa a través del orificio, debido al cambio brusco del área del orificio, el área de flujo se reduce, y el caudal se incrementa mientras que la presión disminuye, lo que conduce fácilmente al bloqueo del flujo, la evaporación y la cavitación, todos los cuales son las causas de ruido.
Cuando la diferencia de presión entre la parte delantera y la parte posterior del acelerador de la válvula es pequeña, el ruido del acelerador es extremadamente pequeño y el sonido que fluye no es fuerte, por lo que no es necesario considerar el problema del ruido. Si la diferencia de presión es grande, el fluido que fluye a través de la válvula de control comienza la destilación flash y el fluido que fluye se convierte en una mezcla de gas y líquido con burbujas. La desaceleración y la expansión del fluido bifásico naturalmente causan ruido. Además, debido al cambio brusco de la sección de cierre cerca de la válvula de control eléctrica, la velocidad del flujo es desigual en el chorro de alta velocidad, lo que resulta en un sonido de derramamiento de vórtices.
Cuando se produce la cavitación, las burbujas estallan y una poderosa energía no solo produce poder destructivo sino que también hace ruido, a veces con una frecuencia tan alta como 10000Hz. Cuanto más y más grandes sean las burbujas, más grave será el ruido.
Al seleccionar la válvula de control, para evitar el ruido hidrodinámico, la clave es encontrar la caída de presión de la válvula Δ PC al comienzo de la cavitación y asegurarse de que la caída de presión de la válvula sea menor que Δ PC. Por lo tanto, se introduce un concepto de coeficiente de cavitación inicial KC.
El valor de KC se obtiene por experimento y también se puede determinar de acuerdo con el coeficiente de presión FL del líquido. La figura 2 muestra la relación entre FL y KC.
3. Vortex derramando ruido
Entre los diversos tipos de ruido, hay una especie de ruido de derramamiento de vórtices, que es muy fácil de generar cuando fluido compresible fluye sobre la superficie de un objeto. Cuando las partículas de fluido fluyen hacia el borde principal de un cilindro aerodinámico, el fluido se bloquea y la presión aumenta del estado de flujo libre a otro estado debido a la conversión de la energía cinética del fluido. Después de que el fluido pasa por alto el cilindro y forma una capa límite, continúa fluyendo. Cuando el número de Reynolds es diferente, el flujo de fluido de las válvulas de control es diferente.
Se puede ver en la fig. 3 que cuando Re < 5, el fluido no sale del cilindro, ver diagrama (a). Cuando 5 ≤ Re < 40, un par de vórtices estables, ver diagramas (B), se forman cerca de la parte posterior del cilindro en la estela. Cuando 40 ≤ Re < 150, el vórtice simétrico se rompe, y aparecen matrices de vórtices estables, asimétricas y regularmente dispuestas con direcciones de rotación opuestas en la estela, que periódicamente sale del cilindro (C). Cuando Re > 150, la matriz de vórtice ya no es estable. Cuando Re ≥ 300, toda la región de estela se ha convertido en turbulenta (D).
El número de Reynolds de un fluido incompresible es generalmente muy grande. En este caso, la capa límite no puede rodear la parte posterior del cilindro, sino que está separada de ambos lados de la superficie del cilindro, formando dos capas de cizallamiento que se extienden hasta la cola en el flujo. Estas dos capas de cizallamiento forman el límite de la estela porque la capa interna de la válvula de control se mueve mucho más lentamente que la capa más externa. Por lo tanto, estas capas de cizallamiento libre tienden a rodar en un vórtice remolino discontinuo, que forma un flujo de vórtice en la estela, y el flujo de vórtice interactúa con el cilindro para inducir vibración. Cuando el vórtice se cae alternativamente de ambos lados del cilindro, también estimula la fuerza de pulso periódico del cilindro. Esta fuerza hace que el cilindro elástico vibre y sonar como el viento. Cuando el viento sopla a través del alambre eléctrico, se puede escuchar el sonido del viento, que es el fenómeno de derramamiento de vórtices. Sin embargo, cuando la frecuencia de derramamiento de vórtices es cercana o igual a la frecuencia natural del cilindro, aumenta la vibración, se produce resonancia y aumenta el ruido. Cuando Re > 3 × 105, el derramamiento de vórtices es muy desordenado y forma una banda de frecuencias amplia.
Si la parte tiene una sección transversal no circular, los fenómenos y conclusiones anteriores también son aplicables.
En una palabra, cuando el fluido compresible fluye a través de la válvula reguladora neumática, puede alcanzar o exceder la velocidad del sonido en la sección mínima del acelerador, lo que formará fluido desordenado como onda de choque, flujo de chorro y flujo de vórtice. Este fluido se convertirá en energía térmica aguas abajo del orificio del acelerador. Al mismo tiempo, genera ruido aerodinámico, que se transmitirá a todas partes a lo largo de la tubería aguas abajo. En casos severos, el sistema de tuberías se dañará debido a una vibración excesiva.
El ruido aerodinámico es causado por el gas o el vapor que fluye a través del orificio. El ruido de válvulas de control El ruido que se encuentra en la industria es principalmente el ruido aerodinámico. El vapor y el gas son todos fluidos compresibles. En general, el caudal del fluido compresible es mayor que el del fluido incompresible. Cuando la velocidad del gas es menor que la velocidad del sonido, el ruido es causado por una fuerte turbulencia. Cuando la velocidad del gas es mayor que la velocidad del sonido, se generan ondas de choque en el fluido, por lo que el ruido aumenta bruscamente. En comparación con todo tipo de ruidos, el ruido causado por el fluido compresible que fluye a través de la válvula de control es el más grave.
2. Ruido Hidrodinámico
El ruido hidrodinámico es causado por el flujo de líquido a través del orificio de la válvula de control. Existen varias estructuras de válvulas de control, y las formas típicas de aceleración se muestran en la Figura 1. Aunque las formas estructurales de varios aceleradores son diferentes, todos tienen un efecto de aceleración sobre el líquido. Cuando el líquido pasa a través del orificio, debido al cambio brusco del área del orificio, el área de flujo se reduce, y el caudal se incrementa mientras que la presión disminuye, lo que conduce fácilmente al bloqueo del flujo, la evaporación y la cavitación, todos los cuales son las causas de ruido.
Cuando la diferencia de presión entre la parte delantera y la parte posterior del acelerador de la válvula es pequeña, el ruido del acelerador es extremadamente pequeño y el sonido que fluye no es fuerte, por lo que no es necesario considerar el problema del ruido. Si la diferencia de presión es grande, el fluido que fluye a través de la válvula de control comienza la destilación flash y el fluido que fluye se convierte en una mezcla de gas y líquido con burbujas. La desaceleración y la expansión del fluido bifásico naturalmente causan ruido. Además, debido al cambio brusco de la sección de cierre cerca de la válvula de control eléctrica, la velocidad del flujo es desigual en el chorro de alta velocidad, lo que resulta en un sonido de derramamiento de vórtices.
Cuando se produce la cavitación, las burbujas estallan y una poderosa energía no solo produce poder destructivo sino que también hace ruido, a veces con una frecuencia tan alta como 10000Hz. Cuanto más y más grandes sean las burbujas, más grave será el ruido.
Al seleccionar la válvula de control, para evitar el ruido hidrodinámico, la clave es encontrar la caída de presión de la válvula Δ PC al comienzo de la cavitación y asegurarse de que la caída de presión de la válvula sea menor que Δ PC. Por lo tanto, se introduce un concepto de coeficiente de cavitación inicial KC.
El valor de KC se obtiene por experimento y también se puede determinar de acuerdo con el coeficiente de presión FL del líquido. La figura 2 muestra la relación entre FL y KC.
3. Vortex derramando ruido
Entre los diversos tipos de ruido, hay una especie de ruido de derramamiento de vórtices, que es muy fácil de generar cuando fluido compresible fluye sobre la superficie de un objeto. Cuando las partículas de fluido fluyen hacia el borde principal de un cilindro aerodinámico, el fluido se bloquea y la presión aumenta del estado de flujo libre a otro estado debido a la conversión de la energía cinética del fluido. Después de que el fluido pasa por alto el cilindro y forma una capa límite, continúa fluyendo. Cuando el número de Reynolds es diferente, el flujo de fluido de las válvulas de control es diferente.
Se puede ver en la fig. 3 que cuando Re < 5, el fluido no sale del cilindro, ver diagrama (a). Cuando 5 ≤ Re < 40, un par de vórtices estables, ver diagramas (B), se forman cerca de la parte posterior del cilindro en la estela. Cuando 40 ≤ Re < 150, el vórtice simétrico se rompe, y aparecen matrices de vórtices estables, asimétricas y regularmente dispuestas con direcciones de rotación opuestas en la estela, que periódicamente sale del cilindro (C). Cuando Re > 150, la matriz de vórtice ya no es estable. Cuando Re ≥ 300, toda la región de estela se ha convertido en turbulenta (D).
El número de Reynolds de un fluido incompresible es generalmente muy grande. En este caso, la capa límite no puede rodear la parte posterior del cilindro, sino que está separada de ambos lados de la superficie del cilindro, formando dos capas de cizallamiento que se extienden hasta la cola en el flujo. Estas dos capas de cizallamiento forman el límite de la estela porque la capa interna de la válvula de control se mueve mucho más lentamente que la capa más externa. Por lo tanto, estas capas de cizallamiento libre tienden a rodar en un vórtice remolino discontinuo, que forma un flujo de vórtice en la estela, y el flujo de vórtice interactúa con el cilindro para inducir vibración. Cuando el vórtice se cae alternativamente de ambos lados del cilindro, también estimula la fuerza de pulso periódico del cilindro. Esta fuerza hace que el cilindro elástico vibre y sonar como el viento. Cuando el viento sopla a través del alambre eléctrico, se puede escuchar el sonido del viento, que es el fenómeno de derramamiento de vórtices. Sin embargo, cuando la frecuencia de derramamiento de vórtices es cercana o igual a la frecuencia natural del cilindro, aumenta la vibración, se produce resonancia y aumenta el ruido. Cuando Re > 3 × 105, el derramamiento de vórtices es muy desordenado y forma una banda de frecuencias amplia.
Si la parte tiene una sección transversal no circular, los fenómenos y conclusiones anteriores también son aplicables.
En una palabra, cuando el fluido compresible fluye a través de la válvula reguladora neumática, puede alcanzar o exceder la velocidad del sonido en la sección mínima del acelerador, lo que formará fluido desordenado como onda de choque, flujo de chorro y flujo de vórtice. Este fluido se convertirá en energía térmica aguas abajo del orificio del acelerador. Al mismo tiempo, genera ruido aerodinámico, que se transmitirá a todas partes a lo largo de la tubería aguas abajo. En casos severos, el sistema de tuberías se dañará debido a una vibración excesiva.
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