某大型LNG船穹顶甲板挥发气管道振动特性分析.pdf

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1、第14卷第10期中国水运Vol14No．1O2014年10月OhinaWaterTransport0ctober2O14某大型LNG船穹顶甲板挥发气管道振动特性分析李春峰，叶冬青，刘涛(沪东中华造船(集团)有限公司，上海200129)摘要：穹顶甲板挥发气管道系统是大型LNG船液货围护系统的重要组成部分。文中对某大型LNG穹顶甲板挥发气管道系统振动特性分析研究，使用有限元法计算了不同影响因素下管系的固有频率，分析了各影响因素的重要性。计算结果表明综合考虑管路支架和甲板结构的影响能更精确的预报管路系统的固有频率，

2、为管道系统的防振设计提供了依据。关键词：LNG挥发气管路；固有频率；振动；有限元法中图分类号：U674．13文献标识码：A文章编号：1006—7973(2014)10—0128—04前言(2)法兰和阀门在大型LNG船的液货围护系统中，穹顶甲板挥发气管道法兰与阀门对管系的主要作用是惯性，而对系统的弹性系统输送气液两相流，管道在流体体脉动和外部激励的作用影响则很小，所以它们的力学模型是集中的附加质量。下町能出现严重的振动问题。对于穹顶甲板挥发气管道系统(3)膨胀节的振动分析应该在没计阶段进行预测，并对可能出现的振

3、动管路的膨胀节是为补偿因温度差与机械振动引起的附加问题进行改进。应力，而设置在容器壳体或管道上的一种挠性结构。使用Pipe目前同内的相关研究机构对管道系统振动的研究多集中models中的模块Bellows处理。于学术方面的探讨。徐家轩对压缩机管道系统结构振动进行(4)管道三通接头了研究，并推出了阀门、法兰、缓冲器、支承等的力学模型⋯。三通接头是管件的一种。使用Ansys的Pipemodels党锡淇系统地阐述了气流脉动与管道振动研究的基础理论、中的模块PipeTee进行处理。方法及工程应用等I。莫彩玲综述了当前

4、低温输流管道的研(5)同心与偏心异径大小头究情况J。中国石油大学及北京石油化工学院研究了超高压大小头(异径管)是用于管道口径的一种管件。偏心异压缩机及管线系统的振动【4】。徐丽琼研究了船舶输流管道系径大小头由两小段弯管以及一段斜着的同心异径大小头建统的振动l5I。杨鹏对甲板管系结构振动的特性进行了研究II。成。将直管段沿着它们的中心线连线建一小段弯管，用同心本文使用大型有限元分析软件ANSYS，对LNG船穹顶异径大小头连接起来，等效于偏心异径大小头，见图1。甲板挥发气管道进行建模并进行固有振动特性进行分析。针

5、(6)管子支架的建模对船舶管道的特点，分别建立了考虑管子支架和考虑甲板影支架是用来支承管系元件，支架对管系的主要作用是增响的有限元模型，计算了穹顶甲板挥发气管道的固有频率，加刚度。在建模过程中，对于支架的建模，用BEAMl88单并对影响系统固有频率的各种因素进行比较分析，对于管道元进行自定义截面，然后拼接起来建立支架的模型，见图1。设计中的不合理的方面提出了改进措施。(7)穹顶甲板结构建模一、Ansys管道系统的建模LNG船穹顶甲板挥发气管道是由直管、弯管、法兰、膨胀节及相关管路附件组成，通过支架系统安装在穹

6、顶甲板的复杂空间结构系统。使用ANSYSPipemodels对LNG船穹顶甲板挥发气管道进行建模。I．管道元件及有限元模型(1)直管和弯管直管使用直管单元pipe16处理，弯管使用弯管单元pipe18处理，见图1、图2板架的建模在考虑了管子与支架之后，需要把整船船体的因素考虑n到模型的环境中。用SHELL63(节点弹性壳体单元)完成板架的建模，并在船体纵向以及垂向加上加强筋，横向加上图1Ansys中的直管单元、弯管单元、大小头及支架模型横板。SHELL63具有可以承受弯曲和薄膜应力的能力，呵收稿日期：2014

7、—08—25作者简介：李春峰，沪东中华造船(集团)有限公司。第10期李春峰等：某大型LNG船穹顶甲板挥发气管道振动特性分析129以承受面内载荷和法向载荷。对于加强筋，使用BEAM4以当考虑到支架的影响时，将管系在支架处的节点与支架节点及BEAM188梁单元进行定义；对于横板，使用SHELL63按照设计图纸的约束方式耦合，支架底部处理为固定边界条(节点弹性壳体单元)完成建模。由于穹顶甲板挥发气管道件。当考虑到甲板结构的影响时，在甲板结构有舱壁的地方，只存在于整船上甲板的一部分，且甲板具有对称结构，所以由于其结构

8、刚度较大，处理为固定边界条件，另外的两条边船体的建模只需要建立四分之一就足够了，图2即为所建模根据甲板结构的对称性，建立对称边界条件。型。二、计算结果及讨论分析!．穹顶甲板挥发气管道的建模1．固有频率计算结果使用ANSYS模态分析功能计算三种模型下管道的固有警＼＼，救，，，频率。表1是三类模型计算出的前五阶固有频率。表1三种模型的固有频率对于纯管系模型来说。因没有考虑管支架本身的振动以及甲板面对于管