高压氢气管道振动故障诊断与控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com机械工程与自动化No．4第4期(总第149期)2008年8月MECHANICALENGINEER1NG&AUTOMATIONAug．文章编号：1672—6413(2O08)O4一OO93一O2高压氢气管道振动故障诊断与控制梁义维，张纪平，王然风。(1．太原理工大学机械工程-9院，山西太原030024；2．太原理工大学机械电子研究所，山西太原030024；3．太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024)摘要：通过对流体输送管道振动进行测试分析，确定管道振动原因

2、为介质压力脉动与流量波动。根据振动为单频振动的特点，采用动力吸振的方法进行减振，通过计算机仿真计算后的动力吸振参数，经实践检验，减振效果良好。关键词：管道振动；动力吸振；故障诊断中图分类号：TP277文献标识码：A1问题的提出3管道振动控制某大型化工企业用于输送高压热氢气的管道自投自发生管道振动以来，厂方采用了增加支承的方产以来出现剧烈的振动，严重影响管道的安全，由于法尝试对振动进行控制，但由于振动能量巨大将支承输送介质的易燃性，对整个化工厂的安全也构成一定部分破坏，同时支承部分将振动能量传递到钢结构平的威胁，故须对管道振动进行故障诊断与分析，

3、最终台，造成平台的剧烈振动，因此，采用“硬约束”的对振动实现控制。措施不够合理。由于振动为单频振动，因此，振动控2管道振动故障诊断制可采用动力吸振的方法。2．1结构概述该管道输送的氢气由双作用往复式活塞压缩机提供动力，压缩机转速380r／min，用于将氢气输送至反应釜中与苯进行化学反应，管道直径O180mm，壁厚10mm。发生剧烈振动的管道为其中某一段，振动幅度高达5ram，距离压缩机管道约40m。2．2管道振动测试为充分掌握振动特性并分析管道振动机理，进行了不停机振动测试，采用加速度测试，测点布置见图1。测点分为两个区域：一个区域为剧烈振动管

4、段，其典型时域信号见图2；另一个为压缩机出口管段，其典图1测点布置图型时域信号见图3。0．2．3管道振动诊断分析及结论0．由图2可以看出，管道振动为单频振动，频率为‘0．E12．7Hz，振动频率同压缩机出口管道振动频率相同。一^肌^，^、．^＼由图3可以看出，压缩机出口振动信号为冲击型一0．振动，振动频率为12．7Hz，为压缩机转动频率的2倍口一0．_／v1㈣501”’频，主要是由于压缩机为双向压缩，根据压缩机原理-'0．可知，此频率为出口压力与流量波动频率。采样点数(采样周期(12s)结合其它案例~1,23，由上初步判定，管道振动是由图2剧烈

5、振动管段典型时域信号于压缩机出口气体压力波动或流量脉动引起。管道振3．1动力吸振原理[。]动为受迫振动。动力吸振原理见图4，为被控制结构的等效质*山西省青年基金资助项目(2006021021)；太原理工大学青年基金资助项目(12903981，12901054)收稿日期：2007—08—01；修回日期：2008—03—19作者简介：粱义维(1970一)，男，山西文水人，副教授，博士，主要从事大型机械设备故障诊断、智能监测等研究。维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com·94·机械工程与自动化2008年第

6、4期量，矗为被控制结构的等效刚度，：为动力吸振器质当参数设计合理时，----0，即被控结构不振动，事量，矗：为动力吸振器刚度。实上由于计算及制造误差的存在，振动不可能也没必6要完全为零，只需满足工程要求即可。l8ZI3．2动力吸振仿真分析4I辫仿真分析采用MATLAB的Simulink进行，动力2一山．～l．Jl1吸振仿真模型见图50‘”。1I’⋯I翟501i41001so㈣1『2{I-6米样点数(采样周期n2ps)图3压缩机出口管段典型时域信号各质量块的振动规律符合下式：』+矗+矗z(xI--z)一户()I⋯⋯．n星2+矗2(2一1)一0。“

7、P2整理为：图4动力吸振原理仿真结果见图6，可以看出，采用动力吸振后振幅[~lp~lJ+LV一[户。为0．000O01mm，几乎为零。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)图5动力吸振仿真模型3．3动力吸振器的实现利用上述仿真结果，设计和制造了相应的动力吸振器，实施后的振动见图7，振幅仅为原振动的6，减振效果显著。o．O31．．．．nO2!n01．{l止。Ijll【，出。III丑llIl．．。瑙～n011碾}甲f。。f『。’1。。》l～nO2一no3采样点数(采样周期n2s)图7减振后测试结果4结论通过动力吸振器的实施，加氢管道的振动被彻

8、底图6仿真结果图(下转第97页)维普资讯http://www.cqvip.com学兔兔www.xuetutu.com2008年第4期机械工程与自动化·