通過對(duì)高溫高壓蒸汽疏水閥流體激振特性的分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，設(shè)計(jì)選用節(jié)流降壓消聲器。分析知，產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲的誘因主要是節(jié)流口處產(chǎn)生的高壓降，因此利用節(jié)流降壓的消聲原理通過多級(jí)節(jié)流層串聯(lián)把原來蒸汽的高壓降逐級(jí)分散成若干個(gè)小的壓降，即由壓強(qiáng)突變改為壓強(qiáng)漸變。聲波在每一空腔經(jīng)過節(jié)流孔后進(jìn)入另一空腔，每級(jí)降壓后的流體在擴(kuò)展 面上得以完全膨脹，聲能得以充分消耗，從而得到較大的消聲量。

一、確定高溫高壓蒸汽疏水閥消聲器節(jié)流級(jí)數(shù)

消聲器的節(jié)流降壓級(jí)數(shù)由所需壓降決定，級(jí)數(shù)過多，消聲器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不易加工；級(jí)數(shù)過小，消聲效果 明顯。因此要合理、適當(dāng)選取降壓級(jí)數(shù)。過熱蒸汽在消聲器中的節(jié)流降壓可視為等焓過程，各級(jí)壓強(qiáng)可按幾何級(jí)數(shù)下降關(guān)系確定，即：Pn=Ps.qn

式中：Pn為第n級(jí)節(jié)流后的壓強(qiáng)；Ps為第一級(jí)節(jié)流前的壓強(qiáng)；q為壓降比，且q小于等于1，對(duì)于過熱蒸汽q取為0.546；n為節(jié)流級(jí)數(shù)。

二、確定高溫高壓蒸汽疏水閥消聲器各級(jí)通流截面積

消聲器的通流截面積可根據(jù)氣態(tài)方程、連續(xù)性方程和臨界流速公式求得，第一級(jí)通流截面積計(jì)算式為：

式中：S1為節(jié)流降壓第一級(jí)流通面積，cm2；C為不同介質(zhì)修正系數(shù)，過熱蒸汽C取為13.4；u為保證氣流流量的截面修正系數(shù)，工程上通常取1.2-2；G為蒸汽流量，t/h；V1為第一級(jí)節(jié)流前蒸汽比容，m3/kg；第一級(jí)通流面積確定后，其余各級(jí)通流面積可按與比容成正比的關(guān)系確定，工程上簡化計(jì)算式為：

為了不影響蒸汽的排放量，消聲器的各級(jí)節(jié)流孔板不但應(yīng)有足夠的通流面積，還應(yīng)有充足的擴(kuò)容腔，通常每級(jí)開孔總通流面積應(yīng)大于前一級(jí)通流面積的1.5倍-２倍，并且要求實(shí)際設(shè)計(jì)的節(jié)流面積與計(jì)算的節(jié)流面積誤差小于５％。

三、確定高溫高壓蒸汽疏水閥消聲器節(jié)流孔數(shù)

節(jié)流孔數(shù)由所需的通流面積和節(jié)流孔的直徑?jīng)Q。對(duì)于節(jié)流裝置，孔徑一般在10ｍｍ～30ｍｍ之間選取，但在工程實(shí)際中，以不超過10ｍｍ為宜，根據(jù)節(jié)流降壓原理，所設(shè)計(jì)各級(jí)節(jié)流孔的孔徑應(yīng)逐級(jí)減小且每一級(jí)節(jié)流孔應(yīng)均勻、對(duì)稱分布。根據(jù)加工需要，消聲器各級(jí)節(jié)流層的實(shí)際孔數(shù)可能略有增加，但對(duì)計(jì)算結(jié)果沒有影響。

四、確定高溫高壓蒸汽疏水閥節(jié)流孔的孔心距及節(jié)流層間距

孔心距由孔徑比和孔徑的乘積確定，在生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，孔心距通常取孔徑的5倍-10倍，為了避免蒸汽擴(kuò)散后再匯合成大的噴注噪聲而產(chǎn)生混合噴注噪 聲，孔心距可取更大。

相鄰節(jié)流層的間距應(yīng)大于15倍的孔徑，以保證節(jié)流后的流體有足夠的擴(kuò)容腔，從而避免產(chǎn)生的二次噪聲通過下一級(jí)小孔傳播出去，同時(shí)保證消聲器的安全性。

五、確定高溫高壓蒸汽疏水閥節(jié)流降壓消聲器參數(shù)

節(jié)流降壓消聲器必須有足夠的強(qiáng)度和好的加工質(zhì)量，因此材料選用1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼板，其壁厚須滿足消聲器周向及軸向應(yīng)力設(shè)計(jì)要求。由于消聲器在閥體中的位置受到限制，不能保證有足夠的通流截面積和擴(kuò)容腔，但為了避免產(chǎn)生二次噪聲，保證有較好的消聲效果，本消聲器將節(jié)流層的小孔分布為正三角形列陣，使相臨列的小孔有相同旋轉(zhuǎn)角度，即后一列相對(duì)于前一列旋轉(zhuǎn)60度，從而形成由各列小孔組合而成的螺旋孔，使通過消聲器的蒸汽介質(zhì)形成螺旋流，進(jìn)而增加了聲波反射和聲能損耗，這樣既滿足了蒸汽疏水閥整體結(jié)構(gòu)又保證了有足夠的流體擴(kuò)容腔。

圖1 消聲器示意圖

消聲器三維造型如圖1，該結(jié)構(gòu)既利用了孔口消能，又利用了螺旋流消能。通過能量守恒計(jì)算得到進(jìn)入消聲器的流體壓強(qiáng)為6.05MPa，同時(shí)利用給定的流量、溫度等參數(shù)，確定消聲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1示。

表1節(jié)流降壓消聲器各設(shè)計(jì)參數(shù)

注：各級(jí)節(jié)流層的小孔均按正三角形錯(cuò)列排布