气力输送管道固有频率及共振分析

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1、2015年l0月机械设计与制造工程0ct．2015第4_4卷第10期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．44No．10DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2015．10．002气力输送管道固有频率及共振分析孙丹凤，马咏梅，冯成德，孙四中(四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065)摘要：利用气力输送管道输送颗粒状物质，根据输送颗粒量及时间设计出管道结构。利用经验公式得到气柱固有频率及激振频率，用ANSYSWorkbench进行模态分析和理论计算，得到管道的固有频率以及流固耦合对

2、管道固有频率的影响。结果表明，流固耦合作用下，管道固有频率稍有增大；当管道长度在某一范围内时，管道固有频率、气柱固有频率或激振源频率处于共振区。研究结果为管道振动分析与管道结构设计提供了理论依据。关键词：气力输送；固有频率；流固耦合；管道振动中图分类号：TH122文献标志码：A文章编号：2095—509X(2015)10—0007—04气力输送是利用具有一定压力和气流速度的1)浓度比。气体输送颗粒状物料的输送方法⋯，在颗粒状物粮食输送为稀相输送，浓度比的计算式为⋯：质输送中有着广泛的应用。在气力输送过程中，由10‘(1)动力源产生的管流脉动会引起管道振动，

3、管道振动会造成颗粒的破损以及管道本身的破坏。当管道式中：G物为单位时间内输送颗粒质量，ks／s；p气为系统的固有频率、管道内运送颗粒的气柱固有频率输送管内单位体积的空气质量，ks／m；Q时为单位及激振频率任意两者之间相等或接近时将导致共时间内消耗空气的体积，m／s。振，使管道振动幅度增大，振动噪声增强，严重时将2)输送风速。损坏管道。大量学者对管道振动问题进行了研究。在稀相输送中，输送风速在12—40m／s之龚善初L2]应用振动分析法研究气体管道的振动，间，本文取=20m／s。对振动原因进行了具体分析，提出了相应的消振措3)输送量。施。苏欣平等对管道振动机

4、理进行了分析，运根据输送总量和时间的要求J，确定单位时用弹性力学理论，建立了管道系统振动的数学模间内的输送颗粒容积量Q为2．26×10In。／s。型。陈贵清等针对某压力管道结构，采用两端1．2管道参数选择简支梁模型，进行了流固耦合的振动计算，探讨了1)管径选择。物理参数对固有频率的影响。由式(2)⋯计算可得管道内径d为200mm。本文利用数学计算及仿真分析方法求出了管⋯8．8道系统的固有频率、气柱的固有频率及激振频率，探究了管道发生共振的原因，为管道的结构设计与式中：为颗粒介质的平均流速。优化提供了理论依据。2)管道材料的选择。根据输送介质选择管道材料。对

5、于稀相气力1管道初步设计输送，物料在输送管道中呈悬浮状态，颗粒与管道1．1输送颗粒参数的选择内壁的碰撞造成能量的损失，不同的管道材料，其根据输送颗粒的质量和输送时间初步设计管道，黏附性能和摩擦系数差异较大，相应的输送能耗差确定气力输送中浓度比、输送风速、输送量等参数。别也较大。本文所选管道材料为Q235碳钢，其弹收稿日期：2015—08—03基金项目：四川省科技支撑计划项目(2013GZX0159—3)作者简介：孙丹风(1989一)，女，河南商丘人，四川大学硕士研究生，主要研究方向为机械结构设计和减振。·7·2015年第4J4卷机械设计与制造工程F管=(0

6、．8～1．2)，激(8)2)采用ANSYSWorkbench模态分析和理论计利用仿真分析得到管道固有频率，不同长度管算可知，管道结构的固有频率随管道长度增大而减道的一阶固有频率如图8所示。小，在长度达到某个范围时，管道固有频率与激振25源频率或气柱固有频率接近或相等，因此会产生共__=_簋耋=固频振。2O本文的研究内容对气力输送管道的设计及避Nl5＼～⋯免管道共振有一定的指导作用。善．．．．．．：!⋯．．⋯一瓣一一一一：一一一一一1O＼参考文献：5[1]颜海霞．气力输送系统中出料阀内气固两相流动的研究[D]．杭州：浙江大学，2005．0[2]龚善初．气体管

7、道振动分析与消振措施[J]．煤炭技术，2004，89l011121314管道长度／m23(9)：97—99．图8不同管道长度下管道一阶固有频率[3]苏欣平，闾祥安，张承谱．管道结构振动有限元分析及减振研究[J]．工程设计学报，2002，9(3)：141—143．由图8可得，管道固有频率随管道长度的增大[4]陈贵清，郝婷，戚振宕．物理参数对压力管道振动固有频率的而减小，当管道长度在9．0—11．0m时，管道固有影响[J]．唐山学院学报，2005，18(4)：96—99．[5]蒋克敏．大豆气力输送的设计和应用[J]．油脂科技，1984，频率接近激振频率13．3

8、0Hz，管道和激振源就会发(增1)：103—108．生共振，因此在