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1、28流体机械2002年第30卷第10期文章编号:1005)0329(2002)10)0028)04管道系统振动分析与工程应用王乐勤何秋良(浙江大学,浙江杭州310027)摘要:阐述了管道振动产生的原因与机理,影响因素以及消减管道振动的技术方法,提出了研究管道振动今后的发展方向。关键词:往复式压缩机;管道;振动中图分类号:TU3113文献标识码:AReciprocatingCompressorPipelineVibrationAnalysisandEngineeringApplicationWangLeqinHeQiuliangAbstract:Thereasonandm
2、echanismofbringingpipelinevibration,thefactofaffectingpipelinevibrationandtechnicandmethodsofreducingpipelinevibrationwereexplained.Intheend,thedevelopmentalwaytostudyingpipelinevibrationwaspointout.Keywords:reciprocatingcompressor;pipeline;vibration动问题进入实用阶段。我国在20世纪70年代中1引言期开始进行管道振动问提的研
3、究,目前已取得较好成果。管道内的流体在流过管道过程中,由于管路的弯头、管径变化等因素,不可避免地有流速、压2管道振动的原因头的变化,这样就产生了管道振动问题。如活塞式压缩机、往复泵,由于吸、排量的间歇性和周期211引起管道振动的原因性使管流的压力、速度、密度等参数既随位置变管道及其支架和与之相连结的各种设备或装化,又随时间变化。管流的压力、速度、密度等参置构成了一个复杂的机械结构系统,该系统产生数随时间呈周期性变化的现象称/管流脉动0。管振动是由多种原因引起的:一是由于运动机构的流脉动是引起管道及附属设备振动的主要原因。动力平衡性差或基础设计不当;二是由于气流脉此外,管
4、道还会受到地震、风力和意想不到的外力动;三是共振;另外一个原因可能是管道内流体流瞬时冲击等作用,此时管道就要发生复杂的振动,速过快产生湍流边界层分离而形成涡流,引起振这些振动将对管道的安全和寿命有一定的影响,动。严重的情况会造成不可预估的后果。据估计,工21111动力平衡性差或基础设计不当引起的管业先进的美国过去因管道振动而造成的损失每年道振动达100亿美元以上,我国这类事故也经常发生,所一般管路都是和压缩机或泵连接在一起,压以研究管道振动问题以及如何消除或减轻管道振缩机和泵在出厂前的动平衡必须满足设计要求,动是一个很有经济效益的课题。安装应符合安装规范,保证其振动在设
5、计范围之早在20世纪50年代,美国就开始对管道振内。因此管道振动往往是基础设计不当造成的。动问题进行探索研究。20世纪70年代初,苏联21112气流脉动引起的管道振动的A#维将金在研究管道振动问题上取得突破性气流脉动是引发管道振动的最主要原因,管进展,接着由日本的一些学者继续完善,使管道振道输液(气)需通过压缩机或泵加压作为动力,这收稿日期:2002)02)04Vol.30,No.10,2002FLUIDMACHINERY29种加压方式是间歇性的,由于间歇加压,管道内的小,加大管径能有效地降低压力不均匀度。压力在平均值的上、下脉动(或称波动),即产生所21213管系造型
6、和支架谓的压力脉动,管流处于脉动状态。脉动状态的管系产生振动的内因是气流脉动,外因是管流体遇到弯管头、异径管、控制阀、盲板等管道元系造型。合理的管系造型设计首先必须避免气柱件,产生一定的、随时间而变化的激振力,在这种和管道机械共振。调整设备布置及管道走向可以激振力作用下管道和附属设备产生振动。改变管系的刚度,即管系的固有频率。为了不使21113共振管道产生共振,必须使管系的各阶固有频率不接共振分为两类,一是气柱共振:管道系统内所近激发频率。容纳的气体称为气柱,因为气体可以压缩、膨胀,3管道减振技术故可以看作一个类似弹簧的振动系统,具有一系列的固有频率,当往复机激发频率与
7、某阶固有频管道的减振可以通过两个途径来解决:(1)控率相等或相近时,系统即产生对应该阶频率的共制管流的压力脉动,使其不产生谐振;(2)调整管振;二是管道机械共振:由管子、管件和支架组成系结构的固有频率,使其不产生机械振动。的管道本身也是一个弹性系统。管道系统根据配311压力脉动的消减管情况、支撑的类型和位置,也会有一系列的固有31111改变气柱固有频率,避开气柱共振频率,当激发频率与某阶固有频率相等或相近时,管系气柱固有频率取决于管系的配管方式、便发生管道的机械共振。长度、管径、容器容积的大小和配置位置、支管长、212管道振动的影响因素支
