針對高壓差下調節閥內的閃蒸空化引起的強振動和高噪聲問題，設計了一種消聲減振套筒，并對其級數、級間隙和孔徑大小進行研究。首先從理論上確定套筒的級數和級間隙，然后建立三維模型，以連續性方程、三維雷諾平均N-S方程和基于各向同性渦粘性理論的k-ε方程組成調節閥內部流動數值模擬的控制方程組，采用結構與非結構網格相結合有限體積法對控制方程組進行離散，應用Fluent 對各參數套筒結構調節閥內部流動進行數值模擬計算。結果表明，理論初步確定套筒級數的可行性； 適當增大級間間隙與減小孔徑大小，有利于高壓差節閥的消聲減振，為高壓差調節閥的設計提供參考。

1、前言

　　目前，隨著石油、化工、冶金、電力工業的迅速發展，工藝水平的日漸提高，對其流體的控制部件———調節閥的要求也越來越高。尤其在高壓差的條件下，普通的調節閥很難將閥前的高壓力下降到閥后所滿足的壓力，即使滿足了所需的壓力降，也很難滿足調節閥的流量需求。此外，高速流體的直接沖刷，可壓縮流體產生的高噪聲，不可壓縮流體的閃蒸和空化引起的氣蝕、強振動及高噪聲，均對閥內件造成巨大的破壞，嚴重影響調節閥的工作性能、使用壽命及閥連接管路系統的安全，構成安全隱患。因此，了解調節閥內部流動特性和消聲減振是調節閥設計與應用中必須注重的問題。

　　多級降壓套筒調節閥采用多級套筒結構，其結構原理如圖1 所示。該調節閥中，流體通過多個節流截面，壓降被分攤到一連串的流通口上，也就是流體每過一個節流面遇到流動阻力分擔一部分壓差，降低了流體流速，對于可壓縮性流體可有效地降低噪聲，對于不可壓縮性流體可以防止閃蒸、空化，起到降低噪聲、減小振動的作用。因此，多級降壓套筒調節閥可滿足高溫、高壓差等非常苛刻工況下的流體控制，并可以確保精確控制及較長的工作壽命。

圖1 多級套筒式調節閥結構原理示意

　　現有的調節閥消聲減振研究大都只是提出加多級套筒可以起到消聲減振作用，但對于多級套筒結構的各參數的確定、各參數對閥內部流場影響等未作詳細研究。因此本文在多級降壓理論的基礎上，確定多級套筒的級數，并通過理論與數值模擬相結合研究級數的確定，級間間隙、孔徑大小對調節閥內部流體流動特性的影響，為具有消聲減振且性能優良的高壓差調節閥的設計提供可靠依據。

6、多級降壓套筒孔徑分析

　　對相同結構的多級降壓套筒調節閥，定義孔徑分別為5mm、6mm，進行流場分析，結果如圖9～ 12。

圖9 孔徑5mm 時壓力分布云圖

圖10 孔徑5mm 時速度分布云圖

圖11 孔徑6mm 時壓力分布云圖

圖12 孔徑6mm 時速度分布云圖

　　在總節流面積相同時，從圖9、11 可知，適當減小孔的直徑，有利于增加每級套筒的壓降； 從圖10、12 可知，適當減小孔的直徑有利于降低套筒內部最大流速，有利于降低噪聲、減小振動。

7、結論

　　(1) 通過圖2 流程確定了DN150多級套筒調節閥滿足所需壓降的套筒級數。通過數值模擬，壓力分布合理，流量滿足需求，驗證了該計算流程的可行性；

　　(2) 通過理論公式及數值模擬，得出在調節閥內部空間允許的情況下，適當增加套筒間的間隙，有利于套筒內部壓力平緩的降低，有利于套筒內部流速的降低，從而起到更好的消聲減振效果；

　　(3) 通過數值模擬，得出在套筒強度允許和總節流面積相等的情況下，適當減小孔的直徑，每級套筒的壓降增加，套筒內部最大流速降低，有利于降低噪聲、減小振動。