一、前言
*，由于噪聲對人體的健康有害，因此，需要設法限制工業裝置所產生的噪聲的強度。1970年，美國《職業保護和健康條例》規定了工作場所的zui大允許聲級：每天工作八小時的地方，聲級不允許超過90dB(A)；每天工作六小時的地方；聲級不允許超過92dB(A)等等。到目前為止，作為工業設計時的一個依據。
要設法限制噪聲，首先就要預先估計出可能產生的噪聲之強度。調節閥是煉油、化工等工業裝置中一個重要的噪聲源。因此，在設計中選用調節閥時，應預先估算出它可能產生的噪聲之強度，以便采取相應的措施。目前，我國對于調節閥噪聲的研究工作只是剛剛開始，還沒有標準的計算方法。
本文介紹西德機器制造業協會（VDMA）標準對調節閥噪聲的估算，供大家參考。
二、噪聲計算中的幾個名詞術語
1、有效聲壓
有效聲壓是聲場中一點上的瞬時聲壓在一個周期內的均方根值，故又稱為均方根聲壓，簡稱聲壓，單位是μdB(A)（即微巴）。
2、一個聲壓級（SPL）
一個聲音的聲壓級，等于這個聲音的聲壓和基準聲壓之比的常用對數值再乘以20，即
SPL=20lg ＊ P/P0
式中：
P —— 有效聲壓，μbar；
P0 —— 基準聲壓，在聽覺量度或空氣中聲級量度中，取P0=2＊10-4 μbar；
SPL—— 聲壓級，dB
3、聲級
聲級是指位于聲場中的某一點上，在整個可以聽得見的頻率范圍內和在一個時間間隔內，頻率加權的聲壓級。聲級是用來衡量噪聲大小的一個基本量。
A聲級是以聲級計的A網絡測得的聲壓級，單位是dB(A)，稱為分貝A——加權（Decibel A-wighting）。
本文所介紹的計算方法，系基于已經標準化的試驗方案之試驗結果。在這和標準化的試驗方案里，調節閥裝在各向同性的、均勻聲場內的直管道中，管道的耐壓等級為PN40（參見三之3）。聲級計放在調節閥出口法蘭的平面內，距管道外壁1米處。計算的結果，即為該情況下的聲級。
三、噪聲估算公式
1、適用于液體調節閥噪聲的估算公式
當介質為液體，在調節閥前后的差壓（△P=P1-P2）增大到某一數值的時候，便會由于出現閃蒸、空化現象，而使噪聲的聲級急劇上升。開始出現空化的點即稱為臨界點，它所對應的差壓即稱為臨界差壓。以此為界，可以把工作狀態分成臨界差壓和亞臨界兩種，二者的噪聲估算公式也不同。
（1） 無空化的情況（XP≤Zy）
LA = 10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+18Lg（XE/ZY）+40+△LF （1）
式中：
XF — 液體的壓力比，XF=△P/（P1-Pv）=（P1-P2）/（P1-Pv）
△P—— 調節閥前后的壓差，bar
P1 —— 閥前絕壓bar
P2 —— 閥后絕壓，bar
PV —— 液體的蒸氣壓，絕壓bar，水的蒸汽壓示于圖1
圖1 水的蒸汽壓
ZY —— 調節閥開度為Y時的Z值（見圖2），它是用來說明是否發生空化的一個參數
當△P ≤ ZY（P1-PV）時無空化現象發生
當△P > ZY （P1-Pv）時有空化現象發生
當△P = ZY （P1-Pv）時開始產生空化現象，此差壓稱為臨界差壓，記為△PK
圖2 是否發生空化的ZY
Z —— 由調節閥型號決定的閥門參數，其數值由閥門制造廠用圖線或表格的形式提供；
常用調節閥的Z值如下：
旋轉球閥 0.1~0.2
蝶閥 0.15~0.25
標準單座閥或雙座閥 0.3~0.5
低噪聲閥 0.6~0.9
Y —— 閥的開度，Y=KV/KVS；
Kv—— 閥的流通能力；
KVS— 閥的開度為100%（即zui大流量）時的KV值，m³/h；
LA—— 噪聲的聲級，dB(A)；
ρ —— 液體的密度，kg/m³，水的密度示于圖3
圖3 水的密度
△LF— 由調節閥型號和閥的開度Y=0.75時的壓力比XF決定的校正量。
它反映了調節閥的聲學特性，dB(A)
標準單座閥或雙痤閥的△LF=0時，低噪聲調節閥的△LF曲線由制造廠提供（如圖4）。
圖4 低噪聲調節閥的聲級校正量△LF
（2）有空化的情況（XF>ZY）
LA = 10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+29Lg（XF-ZY）0.75-（268+38ZY）＊（XF-ZY）0.935+40+△LF （2）
式中各符號的意義全部同前。對應于zui大聲級的差壓比記為XFM，當XFM≤1.0其值可按下式計算:
XFm=0.48 + 0.72 ZY （3）
若以XFM取代式(1)、(2)的XF，則即可取zui大聲級LAM。
2、適用于氣體和蒸汽調節閥噪聲的公式
LA = 14LgKv+18LgP1+5LgT1- 5Lgρ+20Lg（P1/P2）+52+△LG （4）
式中：
LA—— 噪聲的聲級，dB(A)；
KV—— 閥的流通能力；
P1—— 閥前絕壓，bar；
P2 —— 閥后絕壓，bar；
T1 —— 閥前流體的溫度，oK
ρ —— 流體的密度（氣體取標準狀態下的密度 ρN，水蒸汽取ρ≈0.8），kg/m³；
△LG— 由調節閥型號和閥的開度Y=0.75時的壓力比X=（P1-P2）/P1決定的校正量，dB(A)；
標準單座閥和雙座閥的△LG小到可以忽略不計，低噪音調節閥△LG曲線由制造廠提供（例如圖5）。
圖5 低噪聲調節閥的聲級校正量△LG
與管壁厚度S有關的校正量△RM。
在上述式（1）、（2）和（4）中，實際上包含著一個壓力額定值為PN40的管道平均衰減量，如果實際使用的管道之壓力額定值不是PN40，那么在計算噪聲的聲級時，在式（1）、（2）和（4）中就應再加上校正量△RM一項進行修正。
△RM可以用下式計算：
△Rm=10Lg(S40/S) （5）
式中：
△RM—— 與管壁厚度S有關的校正量，dB(A)
S40 —— PN40的管壁厚度，mm
S —— 實際使用的管壁厚度，mm
西德成批生產的鋼管，其△RM值如下表所示：
與管壁厚度S有關的校正量△RM
| 管徑DN(mm） | 25 | 40 | 50 | 80 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 400 | 500 |
| 管壁
厚度
S
(mm) | 2.6 | 0 | 0 | - | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 2.9 | -0.5 | -0.5 | 0 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| 3.2 | -1.0 | -1.0 | -0.5 | 0 | - | - | - | - | - | - | - |
| 3.6 | -1.5 | -1.5 | -1.0 | -0.5 | 0 | - | - | - | - | - | - |
| 4.0 | -2.0 | -2.0 | -1.5 | -1.0 | -0.5 | - | - | - | - | - | - |
| 4.5 | -2.5 | -2.5 | -2.0 | -1.5 | -1.0 | 0 | - | - | - | - | - |
| 5.6 | -3.5 | -3.0 | -3.0 | -2.0 | -2.0 | -1.0 | 0.5 | 1.0 | - | - | - |
| 6.3 | -4.0 | -3.5 | -3.5 | -2.5 | -2.5 | -1.5 | 0 | 0.5 | 1.0 | - | - |
| 7.1 | - | -4.0 | -4.0 | -3.0 | -3.0 | -2.0 | -0.5 | 0 | 0.5 | 2.0 | - |
| 8.0 | - | -4.5 | -4.5 | -3.5 | -3.5 | -2.5 | -1.0 | -0.5 | 0 | 1.5 | 2.5 |
| 10 | - | -5.0 | -5.5 | -4.0 | -4.5 | -3.5 | -2.0 | -1.0 | -1.0 | 0.5 | 1.5 |
| 11 | - | - | - | -5.0 | -5.0 | -4.0 | -2.5 | -2.0 | -1.5 | 0 | 1.0 |
| 12.5 | - | - | - | -5.5 | -5.5 | -4.5 | -3.0 | -2.5 | -2.0 | -0.5 | 0.5 |
| 14.2 | - | - | - | -6.0 | -6.0 | -5.0 | -3.5 | -3.0 | -2.5 | -1.0 | 0 |
| 16 | - | - | - | - | -6.5 | -5.5 | -4.0 | -3.5 | -3.0 | -2.0 | -0.5 |
| 20 | - | - | - | - | - | -6.0 | -5.0 | -4.5 | -4.0 | -3.0 | -1.5 |
| 25 | - | - | - | - | - | -7.5 | -6.0 | -5.5 | -5.0 | -3.5 | -2.5 |
| 30 | - | - | - | - | - | - | -7.0 | -6.5 | -6.0 | -4.5 | -3.5 |
4.估算方法的使用范圍及結果的度
（1）該估算方法只考慮了在封閉管道系統中的流體動力學噪聲，而并不包括調節閥內部可動部件產生的響聲，以及在固體材料中傳播的聲音，或由于某種原因反射和共振造成的聲音放大效應。
（2）當測試條件與標準化試驗方案有差別時，則應按DIN 458635 BLatt 1進行修正。
（3）調節閥出口處以及管道中的流速不應超過下列極限值：
液體 或 ω≤10
式中：
ω—流速，m/s；其余符號意義同前。
氣體和蒸汽 ω≤0.3ωs
式中：
ωs—音速。
（4）1 < KV < 6000
0.01 < X或XF < 1.0（X為氣體或蒸汽的壓力比）
LA > 20dB(A)
（5）聲級的計算結果存在一個10dB（A）的偏差帶。
5、計算舉例
例1 已知 流體 水
流量 Q=90m³/h
工作溫度 t=120℃
要求的KV值 KV=50 m³/h
入口壓力（絕壓） P1=7bar
出口壓力（絕壓） P2=4 bar
管道壓力額定值 PN40
計算采用西德SAMSON工廠生產的單座調節閥，口徑為DN80，從工廠提供數據表中查得KVS=80 m³/h ，Z=0. 25。
（1）求出閥的開度Y=KV/KVS=50/80=0.625；由Y=0.625及Z=0.25,從圖2中查得ZY=0.28；
（2）由t=120℃ ,從圖1中查得水的蒸汽壓PV=2 bar；
（3）求出壓力比；
（4）由t=120℃，從圖3中查出水的密度ρ=940kg/m³；
（5）對于標準的單座調節閥△LF=0；
（6）∵XF=0.6，ZY=0.28，即XF>ZY，∴該調節閥噪聲的聲級LA應采用式（2）計算：
LA = 10LgKv+18Lg（P1-Pv）-5Lgρ+29Lg（XF-ZY）0.75-（268+38ZY）＊（XF-ZY）0.935+40+△LF
= 10Lg50+18Lg（7-2）-5Lg940+292＊（0.6-0.28）0.75-（268+38＊0.28）＊（0.6-0.28）0.935+40+0
= 17+12.6-14.9+124-97+40
= 81.7dB（A)
例2 已知 流體 合成氣
流量 Q=40000 m³/h
入口壓力（絕壓）P1=12.5bar
出口壓力（絕壓）P2=2.5 bar
入口溫度 T1=393oK
標準狀態下密度 ρN=0.7 kg/m³
要求的KV值KV= 200m³/h
管道壓力額定值PN40
計算
采用西德SAMSON工廠生產的251型標準單座調節閥，口徑為DN150，從工廠提供的數據表中查出KVS=360m³/h；標準單座閥的校正量△LG可以忽略不計，即△LG≈0；則該項調節閥噪聲的聲級LA用式（4）計算如下：
LA = 14LgKv+18LgP1+5LgT1- 5Lgρ+20Lg（P1/P2）+52+△LG
= 14Lg200+18Lg12.5+5Lg393- 5Lg0.7+20Lg（12.5/2.5）+52+0
= 32.2+19.8+13+0.775-3.12+52
= 114.6dB（A）
四、聲級的圖解法
1、適用于液體調節閥噪聲的圖解法
液體調節閥噪聲的聲級LA可以表示為幾項之和：
LA = LAIF+LA2F+LA3+△LF （6）
式中：
LA1F— 液體調節閥由（P1-PV）決定的聲級（可由圖6查出），dB(A)；
LA2F— 液體調節閥由XF及ZY決定的聲級（可由圖7查出），dB(A)
LA3 — 液體調節閥由ρ決定的聲級（可由圖8查出）dB(A)
△LF— 意義同前。
圖6 液體調節閥由（P1-Pv）決定的聲級LA1F
圖7 液體調節閥由XF及ZY決定的聲級LA2F
圖8 液體調節閥由ρ決定的聲級LA
前述之例1可應用圖解法求解如下：
（1）從圖1查得t=120℃時，水的蒸汽壓PV=2bar；
（2）由P1- PV= 5bar及KV=50，從圖6查得LA1F=53.5 dB(A)；
（3）由△P=P1- P2=7-4=3bar，及P1-PV=5 bar，從圖7查得XF=0.6；在圖7上半部分，由XF=0.6及ZY=0.28（參見原例1，系從圖2中查出），即可查出LA2F=28 dB(A)
（4）由t=120℃，從表3中查出水的密度ρ=940kg/m³；再由圖8查出LAB≈0.1dB(A)，該值很小，故可以忽略不計；
（5）標準單座閥，△LF=0；
（6）該調節閥噪聲的聲級LA為：
LA = LA1F + LA2F + LAS +△LF
= 53.5+28+0
= 81.5 dB(A)
結果與估算值81.7 dB(A) 相差無幾。
2、適用于氣體和蒸汽調節閥噪聲的圖解法
氣體和蒸汽調節閥噪聲的聲級LA亦可以表示為幾項之和：
LA = LA1G+LA2G+LA4+△LG （7）
式中：
LA1G—氣體和蒸汽調節閥由P1決定的聲級（可由圖9查出）dB(A)
LA2G—氣體和蒸汽調節閥由X決定的聲級（可由圖10查出）dB(A)
LA4—氣體和蒸汽調節閥由ρN決定的聲級（可由圖11查出）
△LG意義同前。
圖9 氣體和蒸汽調節閥由P1決定的聲級LA1G
圖10 氣體和蒸汽調節閥由X決定的聲級LA2G
前述之例2可應用圖解法求解如下：
（1） 由P1=12.5bar及Kv= 200m³/h，從圖9中可以查出LA1G=105dB(A)；
（2） 由△P=P1-P2=12.5-2.5=10bar及P1=12.5bar，從圖10可查出壓力比X≈0.8；
在圖10上半部，由X=0.8的垂線和曲線的交點，可以查出LA2G=7dB(A)；
（3）由ρN=0.7kg/m3及t=120℃（由393oK-273），從圖11可查出LA4=2dB(A)；
圖11 氣體和蒸汽調節閥由ρN決定的聲級LA
（4）標準單座閥，△LG=0；
（5）該調節閥噪聲的聲級LA為：
LA = LA1G+LA2G+LA4+△LG
= 105 + 2 +0
= 114dB(A)
結果與估算值114.6dB(A)亦相差無幾。
參考文獻
[1]《Translation of theNationalGermanpaperVDMA 24422 guidelineforthenoisecalculation》;
[2]《 Sound level calculations for control sections 》 ReprinefromATM-Meβtechnischepraxis2/1976 P51~54, 3/1976 P83~86;
[3] 西德SAMSON廠產品說明書；
[4] 《Control valve Handbook》 Fisher controls Company,1977
[5]《物理學常用單位制》姜衍智編 上海科技出版社出版，1964；
[6]《普通物理學》上冊 上海高等工業學校物理學編寫組 人民教育出版社出版
