آشنایی با تکنیک های کاهش نویز در کنترل ولو

 در هر مکانی سر و صدایی ممکن است باعث آزار ما شود. مثلا در ترافیک و شلوغی خیابان ها صدای ماشین ها  باعث اذیت و آزار می شوند و یا مهمانی های همسایگان که بسیار پر سر و صدا هستند.

کارخانه های صنعتی نیز سهم خود را در نویز دارند و شیرهای کنترل منبع رایجی هستند. این مقاله علت ایجاد سر و صدا توسط شیرهای کنترلی را توضیح می دهد، و نشان می دهد که چطور می توان این صداها و به عبارتی نویز را با روشی مقرون به صرفه کاهش داد.

مفهوم نویز

قبل از پرداختن به مشکل نویز شیر کنترل، مهم است که بدانیم نویز چرا ایجاد و چطور اندازه گیری می شود. شدت صدا بر حسب دسی بل (dB) اندازه گیری می شود که یک دهم بل است و به نام مخترع تلفن، الکساندر گراهام بل، نامگذاری شده است.

دسی بل یک مقیاس خطی نیست، بلکه لگاریتمی است و نحوه درک گوش انسان از صدا را منعکس می کند. بنابراین افزایش 3 دسی بل معادل دو برابر شدن انرژی صوت است و افزایش 10 دسی بل در شدت صدا منجر به افزایش 10 برابری انرژی صوتی می شود. ارقام دسی بل برای صداهای معمولی در زیر فهرست شده است:

• 0 دسی بل - تقریباً سکوت کامل
• 15 دسی بل – زمزمه
• 45 دسی بل – صدایی مانند صحبت در کتابخانه
• 60 دسی بل - مکالمه معمولی
• 85 دسی بل - ترافیک سنگین
• 90 دسی بل – رستوران پر سر و صدا
• 110 دسی بل - گریه بچه
• 120 دسی بل – موتور جت / کنسرت

انسان ها به طور کلی می توانند فرکانس های صوتی 20 تا 20000 هرتز را بشنوند، اما همه فرکانس ها را با حساسیت یکسان نمی شنوند. گوش انسان صدای 80 دسی بل با فرکانس 1000 هرتز را تقریباً به اندازه صدای 100 دسی بل در 100 هرتز دریافت می کند.

 از آنجایی که اندازه گیری های صدا معمولاً با نحوه شنیدن آن ها توسط انسان مرتبط است، معمولاً با یک واحد متفاوت شدت صدا به نام dBA اندازه گیری می شوند. این روش شبیه اندازه گیری های دسی‌بل است، با این تفاوت که انرژی در فرکانس های پایین و بالا وزن کمتری دارد، زیرا این صداها به خوبی توسط سیستم شنوایی انسان شنیده نمی شوند.

قرار گرفتن در معرض صداهای بلند می تواند باعث از دست دادن شنوایی دائمی شود که میزان آسیب، هم به سطح صدا و هم به مدت زمان قرار گرفتن در معرض آن بستگی دارد.

صداهای بیشتر از 140 دسی بل باعث درد و آسیب  شدید می شود و قرار گرفتن طولانی مدت در معرض صداهای ثابت بیش از 85 دسی بل نیز می تواند باعث آسیب شود. اگر فردی برای صحبت با فردی نزدیک مجبور می شود که صدای خود را بلند کند، احتمالاً در ناحیه نویز نزدیک به 85 dBA است.

به عنوان مثال اداره ایمنی و بهداشت شغلی ایالات متحده (OSHA) کارفرمایان را موظف می‌کند زمانی که کارگران در معرض بیش از 85 dBA به مدت 8 ساعت یا بیشتر در روز قرار می‌گیرند،، یک برنامه حفظ شنوایی را اجرا کنند. این معیار زمانی به ازای هر 5 دسی‌بل بالاتر از 8، به نصف کاهش می‌یابد.

منابع ایجاد نویز در صنعت

صداهای بلند در یک محیط صنعتی می تواند از منابع مختلفی از جمله کمپرسورهای رفت و برگشتی، صداهای ساخت و ساز، ماشین آلات مختلف و دریچه های Vent منتشر شود. سایر منابع رایج نویز، شیرهای کنترلی هستند که به سه طریق نویز تولید می کنند: ارتعاش مکانیکی اجزای داخلی، نویز آیرودینامیکی ناشی از جریان گاز متلاطم و نویز هیدرودینامیکی ناشی از کاویتاسیون.

• نویزهای مکانیکی: این نویز ناشی از ارتعاش و ارتباط قسمتهای مختلف کنترل ولو مانند محرک (Actuator)، ساقه (Stem) و پکینگ است.
• نویز آیرودینامیکی: توسط سرعت بالای جریان گاز در کنترل ولو ایجاد می شود که در نتیجه آن نوسانات فشار و ارتعاش در بدنه شیر ایجاد می شود.
• نویز جریان سیال: ناشی از اثرات جریان سیال در ولو کنترلی که شامل تلاطم، کاویتاسیون و تبخیر شدن فوری است.

روش های کاهش نویز در کنترل ولو

همانطور که قبلا ذکر شد، شیرهای کنترلی از طریق ارتعاش مکانیکی اجزای داخلی و نویز آیرودینامیکی ناشی از جریان گاز متلاطم صدا ایجاد می کنند. زمانی  که گاز یا بخار از طریق یک شیر کنترل عبور می کند، سرعت آن در گذرگاه های باریک افزایش می یابد و در پی آن امواج صوتی ایجاد می شود.

نویز آیرودینامیکی با  توان هشتم سرعت گاز تغییر می کند، بنابراین نویز در کاربردهای با جریان و افت فشار بالا می توانند به شدت بلند باشند.بدیهی است که این مشکلی است که برای اپراتورها وجود دارد، اما ارتعاشات مکانیکی می تواند به شیر نیز آسیب برساند.

سطح صدا را می توان به طور کلی با استفاده از کنترل منبع (کاهش صدا در منبع) یا کنترل مسیر (محافظت از انتشار صدا به محیط) کاهش داد. هر روش مزایا و هزینه های خود را دارد.

کنترل نویز از طریق منبع

باید خاطر نشان کرد که در درجه اول جلو گیری از ایجاد نویز از طریق سایزین و انتخاب مناسب ولو کنترلی انجام می شود. سایز بالا باعث افزایش ظرفیت عبوری شیر و سایز کوچک باعث ایجاد مشکلاتی مانند کاویتاسیون (Cavitation) و یا فلاشینگ (Flashing) می شود.

کنترل منبع معمولاً از طریق تقسیم کردن افت فشار یا تقسیم جریان انجام می شود. تقسیم کردن  افت فشار با تقسیم یک افت فشار به چند مرحله کوچکتر، صدای کلی را کاهش می دهد. افت فشار کوچکتر باعث کاهش سرعت گاز می شود و در نتیجه صدای کمتری ایجاد می کند.

تریم های (Trim) تقسیم جریان، یک مسیر جریان واحد را به مسیرهای متعدد تقسیم می کند،  تلاطم جریان را کاهش می‌دهد و فرکانس طیف نویز و متعاقباً صدای ایجاد شده را تغییر می دهند. این تریم ها در کاهش صدا موثر هستند، اما طراحی منحصر به فرد، این شیرها را به طور قابل توجهی گران تر می کند.

نمونه هایی از ابزارهای کاهش نویز عبارتند از :

Cage-guided trims: این تریم‌ها از محفظه ای (cage) جهت هدایت پلاگ و ایجاد مسیرهای اضافی  جریان، استفاده میکنند. این امر به تقسیم افت فشار و کاهش یافتن نویز، کمک شایانی می کند.

پخش کننده (دیفیوزرها): دیفیوزرها معمولا در پایین دست شیر نصب می شوند تا به بازیابی فشار کمک کنند و احتمال کاویتاسیون را به حد اقل برسانند. دیفیوزر یک دستگاه کاهش دهنده افت فشار است.

کنترل نویز از طریق مسیر جریان

کنترل مسیر روش دیگری برای کاهش صدا است و صدا را خفه می کند تا از گسترش آن به محیط جلوگیری کند. تکنیک های کنترل مسیر می تواند استفاده از لوله با دیواره ضخیم، افزودن عایق لوله یا پوشاندن لوله با پوششهای صوتی (blankets) یا مواد جاذب صدا باشد.

همچنین، از صدا خفه کن(silencers) یا تضعیف کننده های مدال (modal attenuators) در محفظه های تشدید برای خنثی کردن استفاده می کنند.

هر یک از این تکنیک ها را می توان برای کاهش نویز و یا محدود کردن آن در اطراف اپراتور استفاده کرد. شایان ذکر است که کنترل مسیر سطح صدا را کاهش نمی دهد، بلکه فقط آن را از رسیدن به محیط اطراف باز می دارد. در این روش همچنان اگر سطح نویز بیش از 110 dBA باشد، ممکن است آسیب به شیر برسد.

شرکت های معروف تولید کننده تجهیزات کاهش نویز

در این قسمت برندهای رایج و شرکت هایی معروف که تجهیزات کاهش نویز را تولید می کنند معرفی می کنیم. این برندها عبارتند از:

Fisher (Emerson)

Samson

THINKTANK

Flowserve

Spirax Sarco

KSB

Metso (Neles)

IMI CCI

Badger Meter

Masoneilan (Baker Hughes)

جمع بندی

کاهش نویز در شیرهای کنترل یک مورد ضروری برای بهبود عملکرد کلی و افزایش قابلیت اطمینان در سیستم های فرآیند است. با انتخاب شیر کنترل مناسب، سایزینگ مناسب آن و استفاده از تکنیک‌های کاهش نویز مانند طراحی تخصصی تریم، طرح های لوله کشی و عایق کاری، می توان نویز را به حداقل رساند و محیط کار را برای پرسنل و تجهیزات بهبود بخشید. برندهای ذکر شده طیف وسیعی از تجهیزات کاهش نویز را ارائه می دهند که به شما کمک می کند مناسب ترین شیر کنترل را برای کاربرد خاص خود انتخاب کنید.