基于原型观测的梯级泵站管道振源特性分析.pdf

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1、第33卷2017笠第1期1月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringVbl．33No．1Jan．201777基于原型观测的梯级泵站管道振源特性分析张建伟，江琦，王涛(华北水利水电大学水利学院，郑州450011)摘要：以景电二期3泵站2号输水管道为对象，结合原型试验观测数据，研究该类型泵站结构的振源组成及其对管道的影响。首先，对连接2号管道的4号、5号机组正常运行和开关机过程中引起的管道结构振动频率进行识别统计，确定其动荷载来源；

2、然后，分析统计不同工况下管道结构主要部位达到峰值时各分频所占比例，计算不同工况下各频带能量对总能量的贡献率。计算结果表明：机组稳定运行时，叶频和转频倍频引起的振动比例达73．4％，是管道振动的主振源低频所占比例为12％左右；机组开机过程中，低频水流脉动所占比例增加到33．7％，叶频所占比例保持40％左右，叶频和低频是主要振源；机组关机过程中，低频水流脉动引起的振动比例达73．3％，水体．管道耦合引起的高频振动达21．7％左右，低频水流和高频是主要振源，且低频对管道顺水流方向振动影响较大。研究结果有助于从量级上评

3、价管道振动的原因及引起振动的各分频贡献率，以期为管道结构主动控制和安全运行提供依据。关键词：泵；振动；灌溉；泵站管道；供水；搌源分析；动荷载doi：10．11975(j．issn．1002—6819．2017．01．010中图分类号：TV93，TB53文献标志码：A文章编号：1002—6819(2017)一01—0077—07张建伟，江琦，王涛．基于原型观测的梯级泵站管道振源特性分析[J]。农业工程学报，2017，33(1)：77—83．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．01

4、．010http：／／www．tcsae．orgZhangJianwei，JiangQi，WangTao．Analysisofvibrationcharacteristicsofpipelineoftrapezoidpumpingstationbasedonprototypeobservation[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2017，33(1)：77—83．(inChine

5、sewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2017．01．010http：／／www．tcsae．org0引言近年来随着高扬程梯级输水泵站大力兴建，现代农业生产中跨流域远距离输水灌溉问题得到有效解决。管道作为梯级泵站长距离输水调水的载体，通过厂房直接连接泵站机组，在泵站正常运行和开关机过程中承受不同程度的振动扰动，所以保持其稳定运行尤为重要。并且作用在管道结构上的各种动荷载扰动因素复杂，定量分析困难，管道振动也越来越受到人们重视【1‘6】。因此，研究

6、管道结构的振动原因以及泵站运行对管道结构产生的影响成为一项新的课题。传统的管道振动研究主要从结构建模方面切入，从不考虑水体一管道流固耦合到考虑水体一管道流固耦合两方面分析管道运行时的振动特性【卜13】，之后又结合流体力学优化泵站内部结构降低其对管道振动影响[14-24】。随后诸多学者从泵站管道原型实测数据分析管道运行时振动特性，陈作仪等【25】通过小波分析，从导叶片开启角度分析管道振动性能；冯婷等[26]通过分析不同运行工况下水锤对管道的影响，总结出针对不同工况下减弱水锤影响的措施。尽管上述研究取得了一定阶段性

7、的成果，但传收稿日期：2016—04—29修订日期：2016．10．21基金项目：国家自然科学基金(51679091)：华北水利水电大学研究生教育创新计划基金(YK2015．02)资助。作者简介：张建伟，男，河南洛阳，副教授，博士，主要从事水利水电工程的研究与教学工作。郑州华北水利水电大学水利学院，450011。Email：zjwcivil@126．corn统的管道振动分析只单方面考虑了水体．管道的因素以及泵站内部结构，对于复杂的水力脉冲作用、边界条件、泵站机械、电机等其他因素并未考虑；同时也没有系统地分析不同

8、工况下引起管道振动的原因和引起管道振动的各因素在不同工况下对管道各部位的影响贡献率以及因素影响量级大小。因此本文依据泵站管道原型观测试验，从振动信号分析出发，整体分析引起管道振动的原因以及各原因量级。以景电梯级泵站管道为研究对象，首先根据泵站原型观测数据，对振动信号进行分析，获得各主要频带动力响应，探讨泵站稳定运行及开关机过程中振源对管道结构的振动影响，并对各种动荷载作用效果进行评价，