噪音的影响
在没有讲述调节阀噪音专题之前，先谈谈噪音对人体健康的影响。这样也许会增添鼓舞，更加努力于克服或消除所在单位的噪音工作，并且使管理部门深信这是一项产意义的和值得花时间做的工作。
噪音被认为是世界上最普遍的污染。可以看看下面几个方面的情况：
德国马克斯普兰学院的工业生理学博士格尔德。詹森说，噪音对心血管病例如心脏病和高血压有影响。已经对工作在高噪音环境和低噪音环境的工人进行了比较。高噪音区的工人都有比较严重的血液循环疾病、心脏紊乱、神经过敏和平运动祖业损伤，甚至在工作和家庭中都有更多冲突。
俄亥俄州的皮肤研究所的莱斯特。桑塔博士发现，噪音对未诞生的婴儿可能有影响，使胎儿的心跳加速增快和引起肌肉收缩，延长在噪音区的停留时间可能会导致神经系统的不正常，会影响到以后的生活活动。老鼠的试验表明，受到声音压力影响的胎儿在生长过程中显示出组织紊乱。
噪音对高血压的影响可能导致肠胃病例如胃溃疡。俄国人在这方面的研究表明，在高噪音区工作的和在低噪音区的工人相比较，前者在高血压发病率高一倍，而胃溃疡的发病率高达三倍，而损伤性以及病多九倍，主动提出申诉的人数多十一倍。
噪音会使人睡觉不香甜，因而影响智力和身心健康。在英国的两年研究发现，住在*近伦敦哈萨克思劳机场附近的人与住院部在比较僻静区域的相似社会阶层的人相比，前者进精神病医院的比率比后者要高得多。
所有上述职些病倒都表明，噪音对于人体的危害是很严重的。有些人把噪音危害叫做“慢性致命剂”。当然，最经常的后果就是降低听觉能力，需要助听器。这种类型的噪音危险是如此第三和暗中为害，以至成为明显的病症时，已为时晚矣。这种危害是不能治好的。世界健康组织估计，美国由于噪音危害，每年花费在事故、旷工、低效北和赔偿损失的金钱达40多亿美元。当然，不全都是由于工作噪音，但工业噪音却占最大部分。
噪音级
什么是噪音污染？它可定义为不希望要的工中没有价值的声音。噪音工作者指出，这个词来自于拉丁语“恶心”。作为工程师不论是设计控制系统的（包括调节阀在内）还是搞噪音控制工作的，都要关心我们的设备对总污染问题有怎样的影响。调节阀是我们的主要噪音污染源：有时在化工、石油和电站会发现少数的调节阀其声压级超过100分贝（A）。尽管如此，对于常用的声音响度。分贝（A）这个词意味着A——加权标度的分贝，这是一种近似人耳朵听到的声音。用对数表示分贝，也就是说每变化10分贝，就有10倍的增量。这样，100分贝的确声音强度为90分贝的10倍，而为80分贝的 100倍。人的耳朵听觉每增加10分贝，响度大约增加1倍。普遍认为，在85分贝以上的噪音环境里工作时间过长，可能会损坏大多数人的听觉。只有少数人对于这种噪音级的环境里停留是比较敏感或比较不敏感。因此，这青蛙半年或一年的听觉的听力图和连续记录的重要性。
虽然，我们主要讨论工业工人，但我们不能忘记在邻近住宅区居民。随着时间的流逝，人们日益自愿遵守噪音管理条例。你可不知道，劳动部门为把8小时的工作环境噪音最佳值90分贝（A）减少到85分贝（A）正在作出巨大的努力。
八音度频带等响曲线
现在我们看一下图48的图形，表明所推荐的八音度频带等响曲线相当于允许的总加权声级，对于每个声级都可以绘制出无限多的八音度频带压级等响曲线。但是，把它们表示为一种有代表性的“白噪音”曲线。“白噪音”是一种类似于“白炽灯光”的宽频带噪音。注意，人们耳朵最敏感的频带是1000～5000赫兹，分贝（A）等响曲线是频带范围的下限。正如前述，对于听觉保护来说，合适的设计准则是在离阀门三英尺处测量的85分贝（A）总的声级。一般说来，这一声级也将保证阀门对于本区域内的其他噪音源不会添加大的附加影响。根据粗略的经验法则，这将要求将阀门或配管内的气体或蒸气速度限制在0.3马赫以内。 
设备的评价
在许多工厂中由于阀门噪音通常是主要的噪音源，因此，认识这个问题和考虑可能的解决办法是达到控制噪音在允许范围内的前提条件。正如后面将要讨论的，阀门内部产生的空气动力噪音是主要的，虽然这种噪音未必能够总是精确地预测。然而，在设计新设备时，在开始我们就有考虑处理噪音污染问题的机会。现有的设备同样也可以给予评价和采用适当的校正措施。有下述两个应用原则：
1）在操作范围内，如何选择有效的设备？
2）与其它噪音控制系统有关的费用是什么？
有一个粗略地估算准则，可以把阀门分为两类——100分贝（A）声压级以下的和100分贝（A）声压级以上的。 100分贝（A）以上的属于声源处理校正的范围，而接近100分贝（A）的，采用声路处理的代替办法也许可能是合乎要求的。低于100分贝（A）的阀门可以有许多种可能选择的处理方法，其中包括声源处理。超过105分贝（A）以上的噪音，经验表明，声源处理是可行的。即使如此，有些工艺流体状态不允许阀门声源处理，而可以采用我们所述的技术之外的其它方法，亦能做到较好的处理。
阀门的噪音源
什么是阀门的噪音源？基本上有三个噪音源：机械振动、气蚀和空气动力。机械振动和气蚀的噪音一般都是在100分贝（A）以下，只有少数例外。空气动力噪音可以是任何的声压级，而在大多数情况下都是超过100分贝（A）。
机械振动是由湍流、压力振荡或由于速度和（或）大的流量所产生的不稳定的流动力量所引起的。一般认为，机械振动是不可预测的。其噪音级是低的，而且很少超过90分贝（A），频率在50～1500赫兹范围之内。具有超过这个频率范围的机械振动是由于阀门内部激发的固有谐振所引起的。这种类型的噪音可能是90分贝（a）和更高的范围，其频率高达7000赫兹。这种噪音具有单音调的特征，与宽频带或“白噪音”比较起来通常被认为是讨厌的声音，这种噪音在某种程度上可以作为较低音级的噪音来看待，但是，从长远考虑，这种噪音还是要消除的，因为它会损坏阀门。通过改变阀芯形式的办法，这种噪音往往是可以消除的。改变质量和弹性刚度可以改变谐振频率，使之超出谐振的激发范围。在许多情况下，机械的抑制方法例如套筒或导杆导向也可以做到这一点。目前在这方面的工作表明，将有可能检验一个阀门的机械结构，在声学上预测产生的振动问题和创造改正的设计。
气蚀噪音是气蚀严重程度的函数，它随着压力降和流量的增加而增加，达到某种最大程度，然后降低到较低量级。这种降低是由于下游压力恢复到接近流体蒸气压力而导致减少气泡的破裂或气蚀的这种变化所引起的。于是，所产生的噪音类似于纯闪蒸液体的噪音。在气蚀噪音预测方面正在做大量的工作，尽管这些工作还是很肤浅的和不完整的。但是，得到很多可利用的资料，其中大多数都是用于纯水的，问题是用什么办法能够很好地把它们推广到预测其它液体的气蚀噪音的公式中去。虽然如此，你可以得到一个合理的预测潜在噪音的方法。最大的气蚀噪音一般是100分贝（a）左右。通过适当选择隔音材料可以处理这种噪音，因为这种噪音高度集中。尽管如此，有关的机械结构损伤不可忽视，那么最好的办法就是减少或者消除噪音。有许多现成的方法和许多可利用的具有不同程度效率和适用性的阀门结构都可以做到这一点。其中有哈梅尔—达尔的“闪蒸流式”、费歇尔控制公司的“防气蚀阀内件Ⅰ和Ⅲ″、伊阿尔威公司的
“涡轮级联式”、科普公司及梅索尼兰公司的阶梯式阀内件结构、瓦尔特克的“龙齿式”和控制部件公司的“自阻尼式”等种结构形式可供利用。
空气动力噪音是最常见的和最坏的噪音源。其机理是复杂的，从早到晚，这种噪音基本上是由于湍流流体和在混合区域内的层流流体的相互作用或者由于高带和（或）气体质量流率的冲击波所引起的。空气动力噪音的出现和近似的大小可以预测。各制造厂都已研究出自己的“内部的”预测方法，虽然需要增加大量的附加工作早，从早到晚他们正在按照各种工业的情况分组进行这些工作。这种研究必将导致更好地了解这种噪音的产生机理和大大改进任何设备布置的噪音预测方法。
当然，1.0马赫速度或声速时，准保有噪音，而低到0.4马赫和处理大的质量流量时，较低的压降下也可能产生高的噪音级。见图49。比较种种噪音源是有意义的。有代表性的空气终端喷射噪音大约是117～120分贝（A）。一场热闹的音乐演奏大约是110分贝（A），但是，石头在滚动中的碰撞声高达126分贝（A）。调节阀在某种高压放空情况下可以达到140～150分贝（A）左右。
空气动力噪音的考虑
阀门的机械振动和气蚀产生的噪音还是比较容易处理的，因此，我们着重讨论空气动力噪音的实际问题。因为只有了解问题的严重程度，才能订出解决办法，因此，首要任务是确定问题的严重程度。正如前面所述，各个阀门制造厂都已研究出许多预测噪音的方法以及某些没有发瑶工业用户自己的预测方法。所有这些方法都反映出目前的技术水平，但并非在任何情况下都是准确的。至少有三个公司提供了一种以他们内部的方法为基础的计算机程序。显然，由计算机提供支援的答案是以他们公司的特定产品系列为基础的。然而，特别是对于那些缺少经验的用户来说是有帮助的。我自己筛选分类至少有两个好处。你可以学到许多东西，更深入了解噪音问题。而且可以不管制造厂，自己可以从各种解决方法中进行选择。
有一种快速的经验法则，可以作为筛选的方法。开头用简单的公式P1Cv=X，式中P1是上游的绝对压力，而C v是阀门最大有流通能力。如果X超过而又小于1000，那么，噪音也许不会超过90分贝（A）。如果X超过1000，那么这个噪音可能是90分贝（A）和 90分贝（A）以上。明确的计算是需要的，以便于工作确定这个问题的大小。此外，还可以利用两组分类法——处理可能是最好的工程办法，但是，声路处理对于减少10～15分贝（A）的要求来说是最为经济的。
声路处理
声路处理是以下述方法中的一种或几种为基础的：距离、传送损失、消耗和速度。
1）距离意味着阀门的位置离开人们、工人或邻居要有足够远的地方，所以他们只接受到弱小的噪音。这个噪音级可以通过一个保守的公式（声压级减少与距离成线性关系）来核算，即：
这个公式是以阀门出口亚音速为基础的。因此，如果阀门出口达到音速，那么，由于高速流动，喷射冲击波和湍流的混合作用就成淡主要的噪音源，因此，就要求用声源处理的方法来解决。
2）通过增加管壁厚度和（或）增加隔音材料厚度可以达到传送损失。例如，管线的管径达到4英寸，声压级大概能减少5 分贝（A）；而管线直径从6到24英寸，由于管壁厚度增加一倍，声压级大概减少7～10分贝（A）。适当类型的隔音材料厚度增加1或2英寸，还可以使声压级减少分贝（A）。某些试验表明；由于用不同的工业隔音材料，噪音损失效率是很不一样的。奇怪地是，业已发现，隔音材料的厚度超过两英寸后，一般说来利益非常小。同时，在这些有效的隔音材料中，频率带宽是非常有限的。如果你不知道你在这方面要做些什么，你可能“瞎买东西”。还必须认识到，声音沿管线传播。因此，增加管壁厚度和（或）给阀门区别轻重缓急管线包上隔音材料可能是一种非常费钱的解决办法。基本上，安装每英尺的隔音材料大概要10～30美元，取决于材料的类型的尺寸。
3）采用消音器可以在到消耗噪音的作用。这种方法可能是化钱的，而且并非总是完全凑效的。必须遵守一定的准则。入口速度必须是亚音速和消音器不能当作减压器使用。同时，它还必须是厚壁结构，否则，如果壳体振动的话，消音器可能成为扬声器。图50表示一个典型有损耗式消音器。注意，这是个入口扩散器总是有用的，因为它能减弱冲击波或冲击源振荡。一般说来，这种振荡具有下游声场的特征，而且，可能使消音器失去作用。试验表明，这种类型的消音器有一鸰上最大效率的尺寸。尽管如此，所提供支援的所有尺寸的消音器，如果使用得当，能有助于减少噪音。
4）流速必须保持最小的速度，以便减少噪音。管线的尺寸必须按流速不大于300英尺/秒来计算。阀门应当按亚音速计算，使得阀体出口直径能限制流速在0.3马赫左右。另一方面，即使下游配管扩展到一个较大的管径，出口湍流集中在扩大管，而且产生噪音。因此，试图通过管线扩径减少阀体阀门出口速度，从而达到减少噪音的想法是错误的。过大尺寸的阀体和（或）图51所示的这种结构的出口扩散器是有用的。正如它们的名字所包含的意义，扩散器就是驱散一般的出口湍流状态。它们也能起到降低调节阀压降和流速的降压设备的作用。因此，它们能够减少已设计好的系统中的噪音。必须记住，流量调节使之不能在整个操作范围内都是有效的，不过，所增加的阀门压力降已补较低的摄影师流量噪音所补偿。
如果预测到的噪音级高于100分贝（A），尤其是大于105分贝（A）时，那么，只能是使用声源处理的方法来解决。
声源处理
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采用声源处理调节阀噪音，须要考虑许多问题，例如：
1）所需减少的噪音，分贝（A）；
2）压力比，P1/P2或△P/P1；
3）质量流量和调节比的要求；
4）其它速度所引起的问题；
5）冶金和机械设计的要求；
6）工厂操作的公用工程要求；
7）经济性要求——全部有关设备（不只是阀门）的采购、安装和维修费用。
供货商的建议必须慎重和全面地对上述的因素作出评价。有关每一个个因素的重要性就是判断和了解具体应用和工厂需要的主要内容。首先考虑的不是每个部件的费用，正如人们所看到的，比较费钱的设备能长期运行最经济。
处理声源的阀门结构
目前在市场上有四种基本的处理声源的阀门结构。第一种结构形式是在种种套筒式结构中采用多流路的结构。其中有代表性的类型是费歇尔控制公司的“威斯帕低噪音阀内件I”（图52），美国国际电话与电报公司亨马尔—道尔分公司的“闪蒸流式”和W—K—M公司、凯利和米尤勒公司、瑟克控制公司、梅索尼兰国际公司的类似结构。莱斯利公司的“无声式”和约旦阀门公司的“滑动闸板式”调节阀结构也是以多流路处理为基础的。如果 P1/P2比比值会是在2到2.5的最大范围内，阀门最大出口是在0.3马赫的话，适当地选择我流路阀可以得到高达15分贝（A）的噪音衰减。因此，这些阀可以适用于最大高达100分贝（A）的使用场合。由费歇尔公司设计的称为“威斯帕低噪音阀内件Ⅲ”的多流咱结构适用于较高的压力比，应用得当，其最大噪音衰减高达20分贝（A）。尽管如此，制造厂宣称，在某种使用场合误差噪音高达30分贝（A）。彻底的解决办法可能需要使用扩散器和（或）消音器加上某种隔音材料。
第二种结构形式是使用圣诞树形的迷宫式多级阀芯（图53）来提供体积膨胀及压降.这种结构来自梅索尼兰国际公司,如果选择得当和P1/P2压力比不超过3:1或4:1的话,可以提供噪音衰减大约20分贝(A)。在更高的压力比下，出口速度将超过0.3马赫，将要求增加声路处理，例如管线消音器或梅索尼兰的“低分贝板”和可能需要某种隔音材料来作为一个总的消音系统。这种“低分贝板”（图54）虽然讨论得很少，但还是一种很有用的设备。这些板都具有许多特殊的孔，它直到减压器和消音器的作用。它们安装紧凑（见图55）而且安装费用便宜。在适当选择的应用场合，使用这种板可以得到良好的消音效果，衰减噪音达到10分贝（A）。这些板可以与在开（关）使用场合例如放空以及节流的阀芯阀和闸板阀一起使用。在节流的使用场合，它们具有类似于扩散器的特性，而且由于流量调节要损失一些效率。此外，这种板还部分地补偿了较低的质量流量带来的少量噪音。通常在阀门和这种板之间的管线上需要装上隔音材料。
第三种结构形式（图56）使用多重短的摩擦通道的金属板。这些通道都具有关个大的长径比，利用许多直角的转弯的办法来损耗速度头，使压力降达到最大。通道的布置结构和决的板数是设计变量。我们认为这种结构与图57所示的控制部件公司的“自阻尼式”阀门相似。无论在任何压力比和流通能力下它都能提供所需要的噪音衰减。在这个能力方面，它是独特的。由于这种阀内件把速度限制到大概为管线的流速，一般约为0.3马赫。因此，不需要其它的附加设备。工艺介质较脏的场合，使用这些阀门必须小心，对于首次开工，建议安装一块临时性的滤网，直至管线中的碎片脏物基本除去掉滤网。
第四种结构形式采用多重同心沟槽的圆盘。在剖面上，这些槽看起来好似V形齿，相邻盘上的这些矍相互紧密咬合，如图逆反心理示。在横断面上的槽和中间网眼之间的空隙是可以改变的，以适应不同要求。这种结构是由瓦尔特克公司设计的，是他们的气蚀“龙齿式”阀内件的一种变型。这是多级式阀内件和短摩擦通道概念的一种引伸。把这些圆盘以类似于“自阻尼式”阀门的形式堆叠起来。在适当的使用场合，这种结构在广泛的压力比范围内，可以得到超过20分贝（A）的噪音衰减。
声路处理与声源处理的比较
所有这些，我们可以看到，用其所长声路处理、声源处理或结合这两种方法可以解决噪音问题。除了低的噪音级，可以得到一般性的结论，即在大多数的情况下，声源处理可能是最有希望的、有效的和经济的解决办法。对于这种涉及到高质量流量、高压降和高温的苛刻条件尤其是这样。
大的消音器，支撑钢材、隔音材料、附加配管和安装的总费用可能是很大的，至少是和专门的低噪音阀门的成本一样，而常常是高于低噪音阀门的成本。再看看图59，在某种程度上这种声路处理往往是有效的。声源处理与普通阀加消音器的处理办法相比较表明，如图60所示的声源处理的费用总是要便宜得多。即使声源处理阀门的价格很贵，但是，节省系统总的费用的25%往往还是可以做到的。声源处理在各种不同的使用场合都是有效的。例如，1500磅/英寸2表压蒸汽放空，5000磅/英寸2表压工艺气体放空，300磅/英寸2表压工艺气体放空，1500磅/英寸2表压蒸汽减压到350表压。最后介绍的应用情况是如此平稳，以至于很难知道这个阀门是在节流还是在关闭，除非检查阀杆位置，一个典型的空气放空试验表明，用声源处理办法可以达到减少噪音的目的。参看图61。
此外，使用声源处理阀门的经验表明，可以节省大量的维修费用，以及缩短工厂停工时间。两种阀门（一种是普通的而另一种是声源处理的）并行使用的经验表明，在很高的压力下应用，每操作250～300小时可节省重修费用大约2000美元。在拆卸检修之前，1500磅的蒸汽已经放空许多次了。因此，一种昂贵的阀门从长期的费用来看，最后可以真正地成为最经济的阀门。一次投资不是最重要的。
结论
我们研究一种基本的阀门噪音关系。图62表示在不同P1/P2比下，质量流量和声功率级之间的关系。注意，压力比超过10:1；声功率的变化是相对地小的。从2:1到10:1，每一个级差的增加是非常明显的。这些曲线可以用来计算管子外面产生的声压级。它将要求计算通过管壁的传送损失，把声功率转变为声压级（分贝），再把分贝换算为分贝（A），如果计算峰值频率的话，这仍然是一种先进的技术方法。可以预料，由制造厂、工业用户和研究单位继续进行噪音预测的研究工作，对这个非常复杂的领域必将会有更为深刻的了解，因而改进噪音预测方法，使之更为准确、包括更广泛的流动状态范和更深入的认识实际设备在发生噪音时的影响。到此，我们已有了几种可利用的方法，这将使我们在评价各种解决办法时有取得成功的希望。 |
