管道振动及其减振技术.pdf

旅动。或旅。
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第7卷第期
哈尔建先工程学院学报
Vo1. 27 No s
994年10月
J E Ia. t: n A: c2it& C:. Ene. Ins
Ocr 1994
管道振动及其减振技术
周
刘季
(工程理论研究所)
17
摘
本文们述了管道抵動的危害、分析了道振动的原因、介绍了臂道减蜓的方法
和指施。并提出了应进一步研究的若干问题
关键词管道;报动;减报
中国图书资料分类号U3113
0引言
在石油、化工等工矿企业中,广泛使用管道输送流体。在一定压力和流速的流体作
用下,这些管道壁上均会产生流体动压力。非定常的管流会引起管道的振动,例如活塞
式压缩机、往复泵由于吸、排量的间歇性、間期性使管流的压力、速度、密度等参数既随
位置变化,又隨时闾变化。管流的压力、速度、密度等参数隨时间周期性变化的现象称
“管流脉动”。管流脉动是引起管道及附属设备振动的主要原因。此外,管道还会受到地
震、风力和意想不到的外力瞬时冲击等的作用,此时管道就要发生复杂的振动,这些振
动将对管道的安全和寿命有一定的影响,严重的情况会造成不可预估的后果。据加拿大
一位专家叨估计,工业先进的美国,因管道振动而造成的损失,每年达100亿美元
以上
过去长期存在着“重设备轻管道”的思想,认为工艺流程成熟、设备先进就可以了。
而现在认识到生产装置中所发生的事故很大部分是管道引起的。一个良好的装量不仅工
艺流程成熟、设备先进,而很大程度取决于配管设计水平的高低
国外早在50年代就开始对管道振动问题进行探索研究。7年代初期,管道振动
收高日期:[94-03-22
周云男29岁博士生
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问题的研充取得了突破性进展,并进入了实用阶段。我国在70年代中期,就开始了管
道振动冋题的研究,目前已取得较好成果?
1管道振动的危害性分析
石油,化工、电站等行业生产装置中,管道纵横交又、管网密布。由于高温、高压管
的脉动引起管道的振动,从而造成许多危害性。
1管道的振动会使工作人员产生恐惧感、不舒适感和不安全感,分散操作人员的注
意力、形响工作数率,并容易产生操作失误、造成事故。世界石化工业100起特大财产般损
事件分析表明,由此引起的事故为19%,占第二位(第一位为机械故障)"
2.强烈的管道振动会使管道结构、管路附件产生疲劳破坏,特别是管道的连接部位
发生松动和破裂,轻则引起泄漏,重则由破裂而引起爆炸、燃烧,造成严重事故、甚而
引起次生灾害。
3.引起基础和绝热材料的龟裂。
4.降低动力机械的效率,引起额外的功率消耗,产生噪音
5.使工况变坏,导致如往复式压缩机、往复泵阁及閥片过早摄坏,引起控制仪表失
灵等
总之,管道振动造成的危害是多方面的,尤其对装有高压气体、有毒气体、可燃气
体的管道振动是非常危险的,应当選免振动的产生、
2管道振动的原因与机理
2.1引管道动的原因
管道及其支架和与之相连结的各种设备或装置构成了一个复杂的机被结构系统,在
有激振力的情况下,这个系统就会产生振动。引起管道振动的原因有以下几方面:
1机器动力平衡性能差以及基础设计不当而引起振动。不平街的愤性力会引起主
机及基础振动,并进而牽动与此相连的管道及设备一起振动。
2.管道内流体流速过快,因而流边界层分离而产生涡流,引起振动
3.管流脉动引起的振动。管道输液(气)需通过压缩机或泵加压作为动力,这种加
压方式是间隙性的,由于间隙加压,管道内的压力在平均值的上下脉动(或称波动)、即
产生所谓的压力脉动,管流处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制
阀、盲板等管道元件,产生一定的随时间而变化的激振力,在这种激振力作用下管道和附
属设备产生操动。
22管道振动的机理
研究管道振动时,要遇到两个振动系統,一个是管道结构系,即从结构研究的角
度来确定结构对流体激发的响应;另一个是流体系统,即从流体研究的角度来确定流动
的规律和它对结构的激发作用。现以流体系統为例进一步说明。气柱振动系统在端点受
到激励后,会形成一定的振动。在往复式压缩机的管道系统中,靠近压缩机的一端,由
于往复式压縮机周期性间歌性地吸气和排气。气柱受到一个持久的周期性的激发作用,
在这个激发作用下产生受迫振动,其结果使管道内的气体压力上下起伏,呈现脉动状
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态,即产生所谓压力脉动,这一气压脉动在管道转弯处、直径变化的部位或通过控制阀
处,压力的脉动就会产生相应的距时间而变化的激振力激发管道作机械振动
对于不同的激发、气柱系統作出的响应是不同的。对于复杂的空间管道系统会有多
处变截面和拐弯的地方,这些部位将受到大小方向不同,相位各异且随时间变化的力的
作用,当激发力的频率与气柱固有频率之一相同时,气柱会发生谐振,当气柱发生谐振
时,压力脉动将达到很大的值,产生很大的激振动,这自然加則了管道振动,即使激振
力不变,当激振力的频率与机械结构的固有频率相重合时,管道也将发生机械共振,使
管道产生剧烈振动~的
管道减振技术
管道的减振可以通过两个途径加以解决:(1)控制管流的压力脉动,使其不产生谐
援;(2)谓整管系结构的固有频率,使其不产生机械振动。
3.1消气流脉动的方法
3.1.1调整气柱固有频率,避开气柱共振
管系气柱固有频率取决于管系的配管方式、长度、管径、容器容积的大小和配置位
餐、支管长度、支管位置、以及气体的种类和温度等。政变管道和容器的尺寸以及它们的
配置方式,可以政变管系的气柱固有频率
在配管设计时,根据工艺流程的需要做好配管初步设计后,应计算管系的气柱固有频
率,并通过谲整,使它们不与激发频率重合以避免气柱共振。
3.1.2压力脉动的控制
气流脉动的消减,关键在于配管设计?,在设计阶段满足工艺要求前提下,要
进行管系配的充分计算,以便对管系鑫数作出优化选择。例如管径、管长、容器大小、
配置位置、支管长度、支管位置等的选择、除进行气柱固有频率计算以避开管系气柱共振
外,还要进行气流脉动响应计算,找出压力不均匀度沿管的分布规律,看看是否都在许
可值的范國内。
压力脉动的控制除搞好管设计外,还可以在某些部位设镫消振器以消减和押压
力脉动。
缓冲器振
缓冲器是消减气流脉动最有效的措施之一.缓冲器有两种类型:一种是单容器缀冲
器;另一种是由两个容器串接组成的x型滤波器,如图1、2所示。两种缓冲器在总容积
相容的条件下,使用π型滤波器前的脉动压力要高出单容器缓冲器的1倍,而器后的脉动
压力约是单个容器的一半。所以,两种缓冲器的选用,要看主旨在于消减器前的球动,还是
消减器后的脉动
图单容器冲器
图2型滤淀器冲器