Noise calculation standards for control valves, their suitability and implementation

Abstract

Control valves are used to regulate the mass flow. Valve causes a pressure reduction to the flow because of losses in the flow energy. A part of losses causes noise, which can be disturbing. A noise caused by valve can be predicted using noise calculation standards in different flow conditions.

The method of noise calculation standards is based on the stream power of the mass flow. The acoustical power of the valve inside the downstream pipe is calculated from the stream power. By reducing the transmission loss across the pipe wall, the external sound pressure level can be calculated at a standard distance from the pipe wall. The same noise prediction method is used for both hydrodynamic and aerodynamic flows. Because of physical differences between gas and liquid, standards are using different equations for noise prediction.

This work presents all needed control valve sizing coefficients used in noise calculation standards. Also the method of how to determine coefficients is shown. Most of coefficients are determined using experimental tests or the results of earlier tests but some of the coefficients can be determined also by geometrical methods.

Finally, this work presents a comparison of calculated noise values and gained experimental results. Experimental tests were done by using only one valve type which is using air as a fluid. Based on results in this work it can be seen that predicted values are quite good when using larger valve nominal sizes. With small nominal sizes of the valve the noise prediction method gives too high values.

Säätöventtiilejä käytetään virtausmäärän säätämiseen. Venttiili aiheuttaa häviöstä johtuen paineen pudotuksen virtaukseen. Osa tehohäviöstä aiheuttaa ääntä, mikä kovana voi olla häiritsevää melua. Venttiilin aiheuttama melu erilaisissa prosessiolosuhteissa voidaan arvioida laskennallisesti melunlaskentastandardien mukaisesti.

Standardien laskentatapa perustuu virtaustehon ja sitä kautta äänen tehon laskemiseen venttiilin jälkeisen putken sisällä, putken aiheuttaman vaimennuksen laskemiseen ja lopulta äänenpainetason laskemiseen standardin mukaisella etäisyydellä. Samaa lähtökohtaista laskentatapaa käytetään sekä nestevirtaukselle että kaasuvirtaukselle. Johtuen nesteen ja kaasun fysikaalisesta erosta standardien kaavat ovat erilaisia nesteelle ja kaasulle.

Työssä selvitetään melunlaskennan tarvitsemat venttiilin mitoituskertoimet sekä menetelmät mitoituskertoimien määrittämiseksi. Osa mitoituskertoimista perustuu kokeellisista mittauksista saataviin tuloksiin tai aiempien mittausten perusteella muodostettuihin taulukkoarvoihin, osa kertoimista voidaan määrittää geometrisesti.

Laskennallisia meluarvoja verrataan kokeellisesti mitattuihin arvoihin. Kokeelliset mittaukset toteutettiin yhdellä venttiilityypillä käyttäen väliaineena ilmaa. Mittaustulosten perusteella voidaan todeta, että suuremmilla venttiilikokoluokilla laskennalliset tulokset vastaavat kohtuullisen hyvin mittaustuloksia. Pienillä venttiileillä laskennalliset tulokset antavat liian suuria arvoja mittaustuloksiin verrattuna.