1、 浙 江 科 技 學(xué) 院 本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 管道振動(dòng)分析與減振對(duì)策 系 別 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 材料成型及控制工程A班 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2006 年 6 月 6 日 摘 要在石油化工等工礦企業(yè)中，廣泛使用管道輸送流體。在一定壓力和流速的流體作用下這些管道壁上均會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)壓力。非定常的管流會(huì)引起管道的振動(dòng)也就是管流脈動(dòng)。管流脈動(dòng)是引起管道及附屬設(shè)備的振動(dòng)的主要原因，導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)和管路附件產(chǎn)生疲勞破壞，甚至造成嚴(yán)重事故，是管路系統(tǒng)的主要故障。某煉化公司的甲胺泵管線振動(dòng)強(qiáng)烈，已多次引起安全閥根部和導(dǎo)壓板根部焊縫撕裂，連接法蘭密封失效，高壓高濃度的甲胺液外泄。本文對(duì)

2、在單泵運(yùn)行和雙泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的某煉化廠的高壓甲胺泵管線振動(dòng)分別進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)對(duì)各個(gè)管路系統(tǒng)的不同測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜分析，給出了振動(dòng)的起因是壓力脈動(dòng)。當(dāng)壓力脈動(dòng)的頻率或者其倍數(shù)正好與管線的固有頻率接近而導(dǎo)致共振時(shí)，管線就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。不發(fā)生共振時(shí)，管線振動(dòng)就較小。因此提出了相應(yīng)的減振措施：在現(xiàn)有支承架與管子的中間墊上防振橡膠墊，改變管線的固有頻率，使壓力脈動(dòng)的頻率及其倍頻與管線的固有頻率不相吻合。在泵的出口處加裝蓄能器或者空氣罐，用來(lái)吸收壓力脈動(dòng)，并根據(jù)條件設(shè)計(jì)了蓄能器。關(guān)鍵詞： 管流脈動(dòng) 振動(dòng) 甲胺泵管路 AbstractPipes were widely used to transport

3、liquid in many petrochemical factories and che- mical plant. Under the pressure of fluid with certain pressure and velocity, the fluid dyna- mic pressure pulsation will be created in the wall of the pipe. When the fluid flows in un- unsteady condition the unconstant flow would excite pipe abnormal v

4、ibration -it was also called flow pulsation. Flow pulsation, the main reason for the vibration of pipe and attac- ched equipment, educed the fatigue failure of pipe and attached equipment, which even result in fatal accident.In a refinery, the intensive vibration of the methylamine bump pipeline had

5、 caused many problems, for example tearing of welding line at the root of safety valve, seal failuresof connecting flange which causing leakage of methylamine fluid with high pressure and concentration. In this paper, the vibration was tested to investigate the vibration fault on methylamine bump pi

6、peline in a refinery when single pump or double pumps worked. By spectrum analysis of different measuring point, the cause of strong vibration was found out: pipe would vibrate strongly if the frequency of the pressure pulsation or multiple of it amount to the natural frequency of the pipeline. And

7、in other case, the vibration would not be strong. According to this, the solutions were given: changing the natural frequency of the pipeline by adding vibration proof cushion; adding energy storage or air container to absorb the pressure pulsation. Finally, the energy storage was designed at the ou

8、tlet of the pump for drinking pressure fluctuation down. Key word: pipe fluid pulsation, vibration, methylamine bump pipeline目 錄摘要Abstract1 緒論1 1.1 課題背景11.2 研究現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀分析11.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析21.3 研究現(xiàn)狀32 管道振動(dòng)理論42.1 引起管道振動(dòng)的原因42.1.1 動(dòng)力平衡性差或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的管道振動(dòng)42.1.2 管流脈動(dòng)引起的管道振動(dòng)42.1.3 共振42.2 管流脈動(dòng)機(jī)理42.3 管道故障診斷的

9、步驟52.4 管道減振技術(shù)52.4.1 壓力脈動(dòng)的消減63 振動(dòng)測(cè)試73.1 振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)73.1.1 測(cè)試系統(tǒng)73.1.2 氣流脈動(dòng)引起的管道振動(dòng)83.1.3 共振83.2 振動(dòng)信號(hào)分析10 3.2.1 系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量 103.2.2 強(qiáng)迫振動(dòng)頻率的測(cè)量 113.2.3 電機(jī)在正常工作下并在外界激勵(lì)下的頻譜圖 123.2.4 整周期采樣的實(shí)現(xiàn) 134 管線振動(dòng)的測(cè)試和分析164.1 現(xiàn)場(chǎng)分析164.1.1 現(xiàn)場(chǎng)狀況164.1.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的組成164.1.3 振動(dòng)測(cè)試方案174.1.4 管線固有頻率的測(cè)試174.2 減振措施344.3 蓄能器的設(shè)計(jì)354.3.1 蓄能器的選型354.

10、3.2 皮囊式蓄能器的結(jié)構(gòu)及工作原理354.3.3 蓄能器容積的設(shè)計(jì)364.3.4 殼體的設(shè)計(jì)374.3.5 皮囊的確定414.3.6 閥體的設(shè)計(jì)424.3.7 閥芯的設(shè)計(jì)434.3.8 支承環(huán)的設(shè)計(jì)444.3.9 橡膠環(huán)的設(shè)計(jì)444.3.10 充氣閥的設(shè)計(jì)444.3.11 其他部件的設(shè)計(jì)45結(jié)論47致謝48參考文獻(xiàn)49附錄150第1章 緒論1.1 課題背景在石油化工等工礦企業(yè)中，廣泛使用管道輸送流體。在一定壓力和流速的流體作用下這些管道壁上均會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)壓力。非定常的管流會(huì)引起管道的振動(dòng)，例如往復(fù)泵吸排量的間歇性、周期性等使得管流的壓力、速度、密度等隨時(shí)間的變化因而呈現(xiàn)出周期性的變化的現(xiàn)象，

11、這種現(xiàn)象稱“管流脈動(dòng)”。管流脈動(dòng)是引起管道及附屬設(shè)備的振動(dòng)的主要原因。此外管道還因受到地震、風(fēng)力和意想不到的外力瞬時(shí)沖擊等作用，發(fā)生復(fù)雜的振動(dòng)，這些振動(dòng)對(duì)管道的安全和壽命產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)造成不可預(yù)估的后果。據(jù)加拿大一位專家估計(jì)，工業(yè)先進(jìn)的美國(guó)，因管道振動(dòng)造成的損失，每年達(dá)100億美元以上。在國(guó)內(nèi)也經(jīng)常發(fā)生因管道振動(dòng)而引起的破壞的事故，據(jù)統(tǒng)計(jì)，公路事故是壓力管道30倍，鐵路水運(yùn)事故是壓力管道的4倍，例1976年，陜西桃園煤礦空壓機(jī)站因集氣管道的振動(dòng)劇烈，導(dǎo)致與之相連的儲(chǔ)氣缺罐破裂爆炸，碎片飛出數(shù)論十米外，磚墻被氣浪推倒，附近門窗玻璃被振碎：并且管道輸送是重要的運(yùn)輸行業(yè)，越來(lái)越廣泛用石油、化

12、工、冶金、電力行業(yè)及城市燃?xì)夂凸嵯到y(tǒng)中，是最安全、最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸工具。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，管道數(shù)量在不斷增加，1995年我國(guó)有長(zhǎng)輸管道263條，約1.7萬(wàn)公里，至今約達(dá)300條，2萬(wàn)公里；集輸管道約20萬(wàn)公里；城市內(nèi)燃?xì)夤艿婪謩e為35000公里、5700公里；工廠的工業(yè)管道就更多了。隨著管道數(shù)量的增多和運(yùn)行時(shí)間的增加，管道設(shè)計(jì)、制造、安裝及運(yùn)行管理中的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，致使管道事故時(shí)有發(fā)生，據(jù)不完全的統(tǒng)計(jì)，1994年以來(lái)共發(fā)生造成人身傷害的管道事故62起，造成死亡214人，受傷580人，直接經(jīng)濟(jì)損失707597萬(wàn)元。1999年壓力管道統(tǒng)計(jì)的事故數(shù)量并不多，但經(jīng)濟(jì)損失較大，主要是泄漏引起火災(zāi)或中毒。

13、可見(jiàn)壓力管道安全是嚴(yán)峻的。近年來(lái)，我國(guó)壓力管道事故頻繁發(fā)生，且呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，這些事故給國(guó)家和人民帶來(lái)了巨大的損失。從歷年來(lái)壓力管道事故原因的統(tǒng)計(jì)分析，由于設(shè)計(jì)安裝等問(wèn)題造成壓力管道振動(dòng)而釀成事故的占了20%，正是基于以上的原因，引起了人們對(duì)管道振動(dòng)問(wèn)題的關(guān)注。1.2 研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀分析管道系統(tǒng)在電力、石油、石化工業(yè)的各類工業(yè)裝置，艦船、飛行器以及日常生活中廣泛應(yīng)用，以傳遞質(zhì)量流、動(dòng)量流或能量流，與此同時(shí)管系中存在液體的壓力脈動(dòng)和管壁的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，造成振動(dòng)噪聲環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致管系或機(jī)器損壞。在充液管道中存在多種振動(dòng)渡，且相互間會(huì)發(fā)生耦合，振動(dòng)機(jī)理非常復(fù)雜。為了揭示充液管道的振

14、動(dòng)特性，了解液體壓力脈動(dòng)和管壁振動(dòng)在管系中產(chǎn)生和傳播的機(jī)理，以保證運(yùn)行可靠性和在設(shè)計(jì)階段預(yù)測(cè)管道中的振動(dòng)聲能量流，達(dá)到控制管道振動(dòng)的目的，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)期的堅(jiān)持不懈的研究。管道振動(dòng)研究歷史已達(dá)百年之久，研究?jī)?nèi)容非常廣泛，包括各種建模理論、振動(dòng)特性及聲振傳遞特性分析、理論計(jì)算的預(yù)估方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等等。由于管道聲振問(wèn)題的復(fù)雜性，對(duì)它的研究是隨著振動(dòng)理論、實(shí)驗(yàn)手段、計(jì)算方法的發(fā)展逐步深入、完善起來(lái)的。一個(gè)世紀(jì)前，Lamb綜合分析了管壁阻抗對(duì)管中聲波傳播的影響，可算是管道振動(dòng)研究的開(kāi)始(Lamb 1884) 近幾十年來(lái)，管道振動(dòng)的研究有了很大的發(fā)展研究?jī)?nèi)對(duì)于管系的建模，主要有兩種，梁模型和

15、圓柱殼模型。當(dāng)管壁的厚度遠(yuǎn)小于管子的其他特征尺寸如管徑、管長(zhǎng)等，且為小變形運(yùn)動(dòng)(相對(duì)于壁厚)，并滿足Kirchhoff假設(shè)時(shí)采用圓柱殼模型此時(shí)認(rèn)為管子的徑向剛度無(wú)限大，即管壁的徑向和剪切應(yīng)變?yōu)榱?，可?dǎo)出管子的運(yùn)動(dòng)微分方程(Leissa 1 973；Soedel 1981)以及流體中的聲波方程(Michalke 1989；Christ de Jong1994)。另外，F(xiàn)uller和Fahy(1982)用圓柱殼模型建立了無(wú)限長(zhǎng)充液直管的運(yùn)動(dòng)方程，并進(jìn)行了求解，分析了充液管道中能量流的分布規(guī)律。在一般情況下，如低頻、低流體馬赫數(shù)、細(xì)長(zhǎng)管等，可用梁模型來(lái)代替圓柱殼模型以簡(jiǎn)化方程。在低頻段，當(dāng)周向模數(shù)n

16、=0和nl時(shí)，管截面形狀不變，此時(shí)可采用梁模型 (ElRaheb 1981；Lesmez l989； Tentarelli l990；Frikha l992；Tijsseling 1993；Christ de Jong1994)等人分別用梁模型推導(dǎo)了在各種假設(shè)條件下管道系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。從耦合的角度，管道系統(tǒng)振動(dòng)分析理論模型又可分為：管壁和液體互相耦合的液一固耦合模型(適用于水、油等管道系統(tǒng))，不考慮兩者之間的耦合理論模型(適用于氣體管道系統(tǒng))。20世紀(jì)50年代，美國(guó)的凱洛格公司對(duì)管道振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行探索研究，但限于當(dāng)時(shí)的計(jì)算條件和計(jì)算方法不成熟，未能有所作為，只能針對(duì)遇到的具體問(wèn)題提出個(gè)別的對(duì)策。

17、1973年蘇聯(lián)的A.維將金在其著作中僅能對(duì)若干簡(jiǎn)單的管道組合系統(tǒng)，借助繁復(fù)的公式進(jìn)行氣柱固有頻率的計(jì)算，但這管道系統(tǒng)遠(yuǎn)不能反映生產(chǎn)實(shí)際中管道系統(tǒng)的復(fù)雜情況，所以對(duì)解決生產(chǎn)問(wèn)題仍無(wú)能為力。管道振動(dòng)研究的突破是在70年代初期之后，日本的酒井敏之，山田榮，葉山真治，藤川猛，以及美國(guó)的本森，麥克勞倫等人的工作，使解決管道振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)入實(shí)用階段。1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀分析1974年開(kāi)始，西安交通大學(xué)的管道振動(dòng)研究組密切結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管道振蕩問(wèn)題。陸續(xù)推出自己的理論和實(shí)驗(yàn)研究成果。在國(guó)內(nèi)首次研制和完善了管道振動(dòng)的通用程序，并在解決現(xiàn)場(chǎng)的管道振動(dòng)中創(chuàng)造了重大的經(jīng)濟(jì)效益。于1984年完成了專著活塞式壓縮機(jī)氣流

18、脈動(dòng)與管道振動(dòng)，管道振動(dòng)研究是有難度的，內(nèi)容廣泛豐富。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在強(qiáng)大的計(jì)算能力和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段的幫助下，已能系統(tǒng)地分析簡(jiǎn)單管道系統(tǒng)的振動(dòng)特性和穩(wěn)定性問(wèn)題，預(yù)測(cè)管道中聲振能量流的分布規(guī)律，并且考慮的狀態(tài)越來(lái)越復(fù)雜，參與的參數(shù)越來(lái)越多，特別是近幾年來(lái)，已完全考慮液體與結(jié)構(gòu)的耦合以及流動(dòng)的影響。由于管道振動(dòng)的復(fù)雜性以及流體力學(xué)領(lǐng)域本身存在的未解決問(wèn)題，如紊流，因此對(duì)管道振動(dòng)的研究仍存在著許多不確定的領(lǐng)域，尤其是非連續(xù)點(diǎn)研究。從19世紀(jì)僅考慮剛性直管內(nèi)不可壓縮流體的、航海技術(shù)發(fā)展的需要，展開(kāi)了對(duì)管道動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性的大量研究，逐步考慮非線性影響。從非耦合線性運(yùn)動(dòng)到今天的彈性管內(nèi)考慮

19、液固完全耦合的非線性運(yùn)動(dòng)，管道振動(dòng)研究發(fā)展是很快的，尤其是近年來(lái)，為滿足航天的要求又開(kāi)始了管道振動(dòng)主動(dòng)控制和管道振動(dòng)逆問(wèn)題等一系列的系統(tǒng)辨識(shí)方面的研究，但這些研究目前只限于理論方面，離實(shí)際應(yīng)用還有很大的距離。國(guó)內(nèi)對(duì)管道振動(dòng)的研究起步較晚，有關(guān)的理論研究的文獻(xiàn)也很少。目前的研究只限于周向模數(shù)小的管道的線性振動(dòng)，而且參與的參數(shù)少，忽略液固耦合，但是它正越來(lái)越受到研究人員的重視。在國(guó)內(nèi)實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)管道的振動(dòng)和振動(dòng)行為以及振動(dòng)的原因和減振措施研究的也很多。例如活塞式空氣壓縮機(jī)站管道振動(dòng)的消除方法探索、往復(fù)式壓縮機(jī)管系振動(dòng)的控制、消除大型火電廠管道振動(dòng)的研究、嶺澳核電站給水泵相關(guān)管道振動(dòng)的原因及處

20、理等都是針對(duì)工程實(shí)際中出現(xiàn)的振動(dòng)的原因等展開(kāi)研究的以及振動(dòng)管系在設(shè)計(jì)、安裝以及使用過(guò)程不可輕視的問(wèn)題。海洋平臺(tái)輸液管道振動(dòng)流特性研究該文研究了海洋平臺(tái)輸液管道振動(dòng)流的行為特性。活塞式壓縮機(jī)壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)的消減一文主要介紹了由于氣流壓力脈動(dòng)過(guò)大引起的管系振動(dòng)，以及管系氣柱固有頻率的計(jì)算以及配管設(shè)計(jì)中為消減壓力脈動(dòng)而采取的諸如安裝緩沖器、孔板和盲管的多種措施。將之實(shí)踐用于湘江氨肥廠號(hào)循環(huán)壓縮機(jī)的配管設(shè)計(jì)中，裝置投產(chǎn)后運(yùn)行平穩(wěn)。1.3 研究?jī)?nèi)容和目的管流脈動(dòng)引起管道及附屬設(shè)備強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致管道結(jié)構(gòu)和管路附件產(chǎn)生疲勞破壞，甚至造成嚴(yán)重事故，是管路系統(tǒng)的主要故障。所以管道振動(dòng)過(guò)去長(zhǎng)期存在的“重設(shè)備輕

21、管道”的思想是錯(cuò)誤的。例如我國(guó)某煉化公司的甲胺泵管線振動(dòng)強(qiáng)烈，已多次引起安全閥根部和導(dǎo)壓板根部焊縫撕裂，連接法蘭密封失效，高壓高濃度的甲胺液外泄。應(yīng)該公司化肥廠的要求，對(duì)這二臺(tái)高壓甲胺泵的管線振動(dòng)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試分析。本文首先對(duì)管道振動(dòng)理論和振動(dòng)原因做了詳細(xì)分析，然后對(duì)在單泵運(yùn)行和雙泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的某煉化廠的高壓甲胺泵管線振動(dòng)分別進(jìn)行了測(cè)試結(jié)果分析，通過(guò)對(duì)各個(gè)管路系統(tǒng)的不同測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜分析，給出了導(dǎo)致甲胺泵管路振動(dòng)過(guò)大的起因是壓力脈動(dòng)頻率與管線的固有頻率接近的結(jié)果，因此提出了相應(yīng)的減振措施和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。本章小結(jié)本章對(duì)管道振動(dòng)的危害做了簡(jiǎn)要的闡述，并對(duì)在管系中產(chǎn)生和傳播的液體壓力脈動(dòng)和管壁振動(dòng)的機(jī)理

22、的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，在此基礎(chǔ)給出本文的研究?jī)?nèi)容和目的。 第2章 管道振動(dòng)理論2.1 引起管道振動(dòng)的原因管道及其支架和與之相連結(jié)的各種設(shè)備或裝置構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，該系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)是由多種原因引起的：一是由于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力平衡性差或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)；二是由于氣流脈動(dòng)；三是共振；另外一個(gè)原因可能是管道內(nèi)流體流速過(guò)快產(chǎn)生湍流邊界層分離而形成渦流，引起振動(dòng)。2.1.1 動(dòng)力平衡性差或基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)引起的管道振動(dòng)一般管路都是和壓縮機(jī)或泵連接在一起，壓縮機(jī)和泵在出廠前的動(dòng)平衡必須滿足設(shè)計(jì)要求，安裝應(yīng)符合安裝規(guī)范，保證其振動(dòng)在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。因此管道振動(dòng)往往是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的。2.1.2 管流脈動(dòng)

23、引起的管道振動(dòng)在一定壓力和流速的流體作用下管道壁上均會(huì)產(chǎn)生流體動(dòng)壓力。非定常的管流會(huì)引起管道的振動(dòng)，例如往復(fù)泵吸排量的間歇性、周期性等使得管流的壓力、速度、密度等隨時(shí)間的變化因而呈現(xiàn)出周期性的變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱“管流脈動(dòng)。脈動(dòng)狀態(tài)的流體遇到彎管頭、異徑管、控制閥、盲板等管道元件，產(chǎn)生一定的、隨時(shí)間而變化的激振力，在這種激振力作用下管道和附屬設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)。2.1.3 共振共振分為兩類，一是氣柱共振：管道系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱，因?yàn)闅怏w可以壓縮、膨脹，故可以看作一個(gè)類似彈簧的振動(dòng)系統(tǒng)，具有一系列的固有頻率，當(dāng)往復(fù)機(jī)激發(fā)頻率與某階固有頻率相等或相近時(shí)，系統(tǒng)即產(chǎn)生對(duì)應(yīng)該階頻率的共振；二是管道機(jī)

24、械共振：由管子、管件和支架組成的管道本身也是一個(gè)彈性系統(tǒng)。管道系統(tǒng)根據(jù)配管情況、支撐的類型和位置，也會(huì)有一系列的固有頻率，當(dāng)激發(fā)頻率與某階固有頻率相等或相近時(shí)，便發(fā)生管道的機(jī)械共振。 2.2 管流脈動(dòng)機(jī)理從力學(xué)的角度看，管道振動(dòng)是一類特殊的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，是典型的力學(xué)現(xiàn)象管道，通常用之于輸送流體為使流體流動(dòng)，需通過(guò)壓縮機(jī)或泵加壓作為動(dòng)力，猶如人體的血液通過(guò)心臟加壓一樣這種加壓方式是間跋性的，管道的兩端，分別與各種設(shè)備或裝置相連結(jié)，連結(jié)處可能是壓縮機(jī)的出、入口，容器、閥門或者孔板等管道及其支架和與之相連結(jié)的各種設(shè)備或裝置構(gòu)成了個(gè)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在有激振力的情況下，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)主機(jī)動(dòng)力平衡性能

25、差以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)，不平衡的慣性力會(huì)引起主機(jī)及基礎(chǔ)振動(dòng)并進(jìn)而牽扯與之相連的管道及設(shè)備一起振動(dòng)，這是管道振動(dòng)產(chǎn)生的一個(gè)原因但是，實(shí)際的生產(chǎn)情況表明，引發(fā)管道振動(dòng)的另一主要原因是由間隙性加壓造成的流體壓力脈動(dòng)所引起的，由于間隙加壓，管道內(nèi)的壓力在平均值的上下脈動(dòng)(或稱波動(dòng))，即產(chǎn)生所謂壓力脈動(dòng)而在管道的彎曲部位、直徑變化的部位或通過(guò)控制閥等處，壓力的脈動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的隨時(shí)間而變化的激振力正是這些激振力，激發(fā)管道系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)壓力脈動(dòng)通常用壓力不均勻度這個(gè)參數(shù)加以描述如以 表示壓力的平均值， hp表示壓力的最大值與最小值之差.例如當(dāng)壓力為320大氣壓時(shí)，若壓力不均勻度為8，它在內(nèi)徑為60mm 的90&

26、#176;彎管處形成的激振力幅值可達(dá)5020N對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的空間管道系統(tǒng)，會(huì)有多處變截面和拐彎的地方，這些部位都將分別受到大小方向不同，相位各異且隨時(shí)間而變化的力的作用對(duì)管道系統(tǒng)而言，它們構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的空間力系管道振動(dòng)的實(shí)質(zhì)是管道及與之連結(jié)的設(shè)備，裝置以及支架所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在上述隨時(shí)間而變的復(fù)雜空間力系作用下的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題顯然，作用在管系上的力分析是關(guān)鍵當(dāng)力分析清楚即載荷確定之后，余下的問(wèn)題就是求取在已知載荷作用下管系的振動(dòng)響應(yīng)在相同的端點(diǎn)激勵(lì)(例如相同壓縮機(jī)的吸、排氣)情況下，管道振動(dòng)的情況取決于管道內(nèi)流體性質(zhì)的物理參數(shù)(包括氣體組成、分子量、壓力、溫度、密度和速度等)以及管道的幾何配置情況f

27、包括管道的長(zhǎng)短、直徑、壁厚、走向、相互配置的幾何關(guān)系等)一根直管，無(wú)論管道內(nèi)壓力脈動(dòng)的大小如何，在它的端點(diǎn)是不會(huì)形成激振力的但是，在多處改變走向并有異徑管存在的情況下，就會(huì)產(chǎn)生激振力此外，研究表明，管道內(nèi)各點(diǎn)壓力脈動(dòng)的大小與管系的幾何形狀有密切的關(guān)系我們知道，管道內(nèi)的流體(如氣體)，也是一個(gè)彈性體不同的管道幾何配置情況對(duì)應(yīng)著不同情況的氣柱系統(tǒng)如果把氣體的壓力脈動(dòng)作為響應(yīng)的一個(gè)因變量看待，則在同樣的激勵(lì)條件(例如用同一臺(tái)壓縮機(jī)排氣)下，氣體的壓力脈動(dòng)會(huì)隨著氣柱系統(tǒng)情況的改變而出現(xiàn)不同的情況就像吹笛子或喇叭時(shí)，在同樣吹氣(寬帶激勵(lì))情況下，按住不同的笛孔或改變喇叭氣柱的長(zhǎng)度，就能發(fā)出不同的聲音這表

28、明不同的氣柱情況將與其相應(yīng)的頻率諧振(共振)，此時(shí)，發(fā)出的聲音的頻率就是獲得諧振優(yōu)勢(shì)的氣柱固有頻率。2.3 管道故障診斷的步驟一般來(lái)說(shuō)，劇烈的管線振動(dòng)均有共振引起的，因此可以通過(guò)比較管流的壓力脈動(dòng)頻率和管線的固有頻率來(lái)得出是否存在共振，由此提出解決方案。整個(gè)過(guò)程可以分為四個(gè)步驟：1.現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試2.數(shù)據(jù)處理和分析3.管線固有頻率的測(cè)試4.提出解決方案2.4 管道減振技術(shù)綜上所述，研究管流脈動(dòng)時(shí)，有兩個(gè)并行的系統(tǒng)：一是管道的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)；另一則是與之對(duì)應(yīng)的氣柱(如果管道內(nèi)的流體是氣體的話)系統(tǒng)氣柱在端點(diǎn)受到激勵(lì)而在各點(diǎn)產(chǎn)生相應(yīng)的壓力脈動(dòng)，在走向改變處及異徑處形成大小不同、位相各異的激振力這些激振力導(dǎo)

29、致管道的機(jī)械振動(dòng)當(dāng)氣柱發(fā)生諧振時(shí)，壓力脈動(dòng)將達(dá)到很大的值產(chǎn)生很大的激振力，這自然加劇了管道的振動(dòng)即使激振力不變，當(dāng)激振力的頻率與機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率相重合時(shí)，管道將發(fā)生機(jī)械共振此時(shí)，也會(huì)發(fā)生劇烈的管道振動(dòng)管道的減振可以通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)解決：(1)控制管流的壓力脈動(dòng)，使其不產(chǎn)生諧振；(2)調(diào)整管系結(jié)構(gòu)的固有頻率，使其不產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)。2.4.1 壓力脈動(dòng)的消減2.4.1.1 改變液柱固有頻率，避開(kāi)氣柱共振管系液柱固有頻率取決于管系的配管方式、長(zhǎng)度、管徑、容器容積的大小和配置位置、支管長(zhǎng)、支管位置、以及流體的種類和溫度等等。改變管道和容器的尺寸以及它們的配置方式相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較容易實(shí)現(xiàn)的，工程上采用這種方

30、法較多。在配管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工藝流程做好配管初步設(shè)計(jì)，應(yīng)計(jì)算管系的液柱固有頻率，并通過(guò)調(diào)整，使之不與激發(fā)頻率重合以避免氣柱共振。2.4.1.2 壓力脈動(dòng)的控制管流脈動(dòng)的消減關(guān)鍵在于配管的設(shè)計(jì)，在配管設(shè)計(jì)階段，除了滿足工藝要求外，還要進(jìn)行管系配置的充分計(jì)算，以便對(duì)管系作出最優(yōu)化選擇，如管徑、管長(zhǎng)、容器體積、連接位置、支管長(zhǎng)度、支管位置等的優(yōu)化選擇。此外還要進(jìn)行液流脈動(dòng)響應(yīng)計(jì)算，找出壓力脈動(dòng)不均勻度沿管線的分布規(guī)律，必須使其都在允許范圍之內(nèi)。壓力脈動(dòng)的控制比較復(fù)雜，除反復(fù)計(jì)算、合理調(diào)整外，尚須在系統(tǒng)的適當(dāng)位置正確配置緩沖器、孔板、支管、集管器的元件，或者在某些部位設(shè)置諸如液流消振器、消振簧、儲(chǔ)能器

31、等裝置，以消減或抑制壓力脈動(dòng)。本章小結(jié)本章對(duì)引起管道振動(dòng)的原因進(jìn)行相關(guān)的分析，這一部主要參考了許多國(guó)內(nèi)外的研究的情況，作了詳細(xì)的介紹。通過(guò)了解其具體的項(xiàng)目，對(duì)下面的管線的振動(dòng)的測(cè)試和分析，起到了理論的作用。第3章 振動(dòng)測(cè)試為了對(duì)本文所作管道的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)和分析奠定基礎(chǔ)，首先在一個(gè)小型的振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試和信號(hào)分析的研究，了解采樣點(diǎn)數(shù)、采樣頻率、信號(hào)的記錄長(zhǎng)度等對(duì)信號(hào)的分析的影響，進(jìn)一步將理論的知識(shí)和實(shí)際相結(jié)合。學(xué)會(huì)實(shí)際的測(cè)試過(guò)程，掌握基本的測(cè)試技術(shù)。對(duì)所得頻譜圖進(jìn)行分析，得出相關(guān)結(jié)論。并對(duì)接下來(lái)的某煉化公司的甲胺泵管線振動(dòng)信號(hào)分析作充分的準(zhǔn)備。3.1 振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn) 振動(dòng)測(cè)試的試驗(yàn)臺(tái)

32、如圖3-1，由兩根支架支承一根橫梁，電機(jī)和速度傳感器裝在橫梁上，位移傳感器用磁性表座支承放在橫梁下面，可以通過(guò)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)試和分析測(cè)得系統(tǒng)的固有頻率，更換不同的橫梁整個(gè)系統(tǒng)的固有頻率發(fā)生改變，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)可以為下章的管道的振動(dòng)固有頻率奠定基礎(chǔ)。 圖3-1振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)3.1.1 測(cè)試系統(tǒng)3.1.1.1 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本次測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)分析處理三個(gè)部分組成，如圖3-2所示。試驗(yàn)環(huán)節(jié)它是將被測(cè)對(duì)象處于人為的預(yù)期狀態(tài)的專門環(huán)節(jié)，其目的在于充分暴露被測(cè)對(duì)象的內(nèi)在聯(lián)系性，以便進(jìn)行有效的測(cè)量。 測(cè)量環(huán)節(jié)中的測(cè)量的輸出信號(hào)，往往需要再次經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、放大、傳輸，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

33、進(jìn)行運(yùn)算、分析等過(guò)程之后，才送到測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出環(huán)節(jié)一一指示器、記錄儀器中去。傳感器是將被測(cè)對(duì)象的量檢測(cè)出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能器件。它的特性對(duì)整個(gè)測(cè)試特性有著直接影響，因此傳感器在整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)中占有重要位置。中間轉(zhuǎn)換器是用來(lái)把傳感器輸出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、濾波調(diào)制、解調(diào)、轉(zhuǎn)換成一定功率的電信號(hào)，使之便于顯示、記錄和分析。這部分常常根據(jù)具體測(cè)試對(duì)象以及選用的傳感器形式及特性而有相應(yīng)的電路。顯示、記錄器是用來(lái)把中間轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)顯示或記錄下來(lái)供觀察測(cè)試人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或者以此判斷其測(cè)試結(jié)果。 數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，它是將通過(guò)測(cè)試裝置得到的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，以便得到測(cè)試人員所需的明確的數(shù)據(jù)和資料。被測(cè)

34、對(duì)象試驗(yàn)裝置傳感器傳輸中間轉(zhuǎn)換顯示記錄數(shù)據(jù)處理觀察測(cè)試者 圖3-2 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.1.1.2.測(cè)試系統(tǒng)的硬件本實(shí)驗(yàn)由微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，用CF-300頻譜分析儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)頻譜分析，計(jì)算機(jī)內(nèi)插PC-6311D模入模出接口卡，采用雙端輸入可以同時(shí)采集16個(gè)通道的數(shù)據(jù)，具有12位的分辨率，滿足系統(tǒng)測(cè)量精度的要求，其主要技術(shù)參數(shù)為：模入部分：輸入通道數(shù)： 雙端16路 輸入信號(hào)范圍： -5V+5V輸入阻抗： 10MA/D轉(zhuǎn)換分辨率： 12位A/D轉(zhuǎn)換速度： 10µSA/D轉(zhuǎn)換非線性誤差： ±1LSB3.1.1.3.數(shù)據(jù)采集用TC語(yǔ)言編制實(shí)時(shí)采集模塊或者實(shí)時(shí)顯示

35、，采樣時(shí)為了去掉高頻分量，在每個(gè)點(diǎn)多次采集求其平均，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)等待時(shí)間和平均采集的次數(shù)，由于每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)采集的點(diǎn)數(shù)和采集的信號(hào)通道數(shù)不同，因此每次實(shí)驗(yàn)的采樣頻率是不相同的。位移信號(hào)采集是采用上海卓意的位移傳感器VB-Z980108傳感器的供電電壓為15V+15V，供電電源ZYW1791，輸出電壓為5V+5V，其頻率響應(yīng)為0-10Khz，符合振動(dòng)測(cè)試的要求。渦流傳感器產(chǎn)生與被測(cè)物理量位移對(duì)應(yīng)的電信號(hào)（模擬量）。由于在此次測(cè)得到，即從傳感器出來(lái)的是模擬信號(hào)，必須進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。把連續(xù)時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為模-數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換過(guò)程；反之，則稱為數(shù)-模（D/A）轉(zhuǎn)換過(guò)程。這些都通過(guò)P

36、C-6315D完成。數(shù)據(jù)采樣的過(guò)程如圖3-3所示。 圖3-2 采樣過(guò)程原理圖由于管道振動(dòng)的頻率較低，對(duì)管道測(cè)試通常采用速度傳感器，本文也用速度傳感器對(duì)系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行測(cè)試。3.1.1.4信號(hào)采集程序A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程及數(shù)據(jù)的量化float sample() float sample_value; int h,l; h=inportb(BASE+1); /* 讀A/D板的高位 */ while (h>=128) ; /* 判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 */ /* 第8位為1，表示正在轉(zhuǎn)換中*/ /* 第8位為0，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束 */ h=inportb(BASE+1); /* 讀A/D板的高4位 *

37、/ l=inportb(BASE+2); /* 讀A/D板的低8位 */ sample_value=(float)(h*256+l)*10/4096-5; /* 轉(zhuǎn)換成電壓值 */ return(sample_value); /* 返回采樣數(shù)據(jù) */ 數(shù)據(jù)采集：#define BASE 0x310 /* AD board address */ outportb(BASE,1); /* 選擇通道號(hào) 016 */ for (j=0;j<150;j+) wait=wait; /* 等待通道轉(zhuǎn)換結(jié)束 */ outportb(BASE+1,0); /* 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 */ x1=sample()

38、; /* 得到采集結(jié)果 */ delay(5); /* 延遲一段時(shí)間 */ outportb(BASE+1,0); /* 再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 */ x2=sample(); /* 得到采集結(jié)果 */ outportb(BASE,3); /* 選擇另一個(gè)通道4 */ for (j=0;j<150;j+) wait=wait; /* 等待通道轉(zhuǎn)換結(jié)束 */ outportb(BASE+1,0); /* 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 */ x3=sample(); /* 得到采集結(jié)果 */3.1.1.5 測(cè)試步驟1、正確連接數(shù)采卡，并正確接地；2、對(duì)數(shù)采卡進(jìn)行相應(yīng)的硬件和軟件設(shè)置；3、編寫(xiě)c語(yǔ)言程序，使用內(nèi)

39、部定時(shí)器進(jìn)行采樣間隔延時(shí)；4、進(jìn)行脈沖沖擊試驗(yàn)和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的激振實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件；5讀出數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析，由此得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。3.2 振動(dòng)信號(hào)分析3.2.1 系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量系統(tǒng)靜止?fàn)顟B(tài)下，施加一次觸發(fā)脈沖，系統(tǒng)以固有頻率作減幅自由振動(dòng)。測(cè)量自由振動(dòng)信號(hào)，畫(huà)時(shí)域圖，做頻譜分析如圖3-3，可以測(cè)得固有頻率，重復(fù)測(cè)得到同樣結(jié)果。時(shí)域圖為有阻尼自由振動(dòng)，振幅隨時(shí)間衰減。由頻譜圖可以看出電機(jī)固有頻率在18HZ左右，相應(yīng)在系統(tǒng)固有頻率的倍頻，都將會(huì)有一定的振幅，從圖中得到很好的吻合，由于采樣總時(shí)間較小頻率分辨率較低，在34HZ,47HZ,58HZ處出現(xiàn)二次三次等諧波，不是

40、很準(zhǔn)確得18得倍數(shù)。諧波分量的大小與施加脈沖的位置有關(guān)，如果脈沖位置處于一階主振型中點(diǎn)處，振動(dòng)主要以一階振動(dòng)為主，二階分量較小。如果脈沖位置處于二階主振型的峰值，二階分量較明顯，但振動(dòng)仍然以一次諧波為主。 時(shí)域圖 頻域圖 （a）第一次測(cè)試結(jié)果 時(shí)域圖 頻域圖（b）第二次測(cè)試結(jié)果 圖3-3 固有頻率測(cè)試圖（位移傳感器）3.2.2 強(qiáng)迫振動(dòng)頻率的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速約24轉(zhuǎn)/秒，時(shí)域分析時(shí)采樣頻率越高，信號(hào)的復(fù)原性越好，可取采樣頻率為信號(hào)最高頻率的10倍。但由于有些信號(hào)分析設(shè)備的采樣點(diǎn)數(shù)有一定的限制，采樣頻率高，所采用的信號(hào)記錄長(zhǎng)度就短，會(huì)影響信號(hào)的完整性。進(jìn)行頻域分析時(shí)，為了避免混疊，采樣頻率最小必須大

41、于或等于信號(hào)中最高頻率的2倍，即（采樣定理）。采用抗混頻濾波器可以降低采樣頻率。根據(jù)采樣定理，fs2fc，要測(cè)量工作頻率，則fs48Hz。Ts1/48=0.21秒。時(shí)域分析時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)越多，越接近原始信號(hào)。進(jìn)行頻域分析時(shí)，為了FFT算法的方便，采樣點(diǎn)數(shù)一般取2的冪數(shù)實(shí)驗(yàn)中選取了2048個(gè)采樣點(diǎn)。當(dāng)采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)N確定之后，分析信號(hào)的記錄長(zhǎng)度（時(shí)間）就確定了。重復(fù)測(cè)量?jī)纱萎?huà)時(shí)域圖，做頻譜分析如圖3-4，由圖分析得到從上面兩次所得的頻譜圖可以大致的得出，電機(jī)工頻的激振頻率為25HZ左右，還可以看出在50HZ的突起是電源的干擾頻率。時(shí)域圖 頻域圖 （a）第一次測(cè)試結(jié)果 時(shí)域圖 頻域圖 （b）第二

42、次測(cè)試結(jié)果 圖3-4 強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)試圖（位移傳感器）3.2.3電機(jī)在正常工作下并在外界激勵(lì)下的頻譜圖重復(fù)測(cè)量三次畫(huà)時(shí)域圖，做頻譜分析如圖3-5仔細(xì)觀察圖3-5三幅圖，并對(duì)比前面的六幅圖。我們可以看出在本次實(shí)驗(yàn)中第一次和第三次在24Hz的位置有一定的振幅，這個(gè)就是電機(jī)在外界激勵(lì)下而得到的振幅，第二次實(shí)驗(yàn)可能由于操作不當(dāng)?shù)玫捷^不理想的結(jié)果，這在多次實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)也屬于正常的現(xiàn)象。其它的分析可以參考上面二次結(jié)論。時(shí)域圖 頻域圖 （a）第一次測(cè)試結(jié)果時(shí)域圖 頻域圖 （b）第二次測(cè)試結(jié)果時(shí)域圖 頻域圖 （c）第三次測(cè)試結(jié)果圖3-5 強(qiáng)迫振動(dòng)測(cè)試圖3.2.4整周期采樣的實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)的采集中應(yīng)當(dāng)注意保證采樣為整周期

43、采樣才能夠保證采樣數(shù)據(jù)的不失真，因此再實(shí)驗(yàn)中采用了設(shè)置門限值的辦法保證在經(jīng)過(guò)多個(gè)周期后不產(chǎn)生累加誤差，具體做法即，在每周期采樣結(jié)束后，判斷是否到達(dá)門限值，每次都以門限作為起點(diǎn)進(jìn)行采樣。采樣數(shù)據(jù)時(shí)域圖和頻域圖如圖3-6。（a） 每周期取128點(diǎn)（b） 每周期取32點(diǎn)時(shí)間間隔為0.001214s （c） 每周期取8點(diǎn)時(shí)間間隔為0.005106s（d） 每周期取128點(diǎn)位移圖時(shí)間間隔為0.0003108s圖3-6 整周期采樣圖實(shí)驗(yàn)中信號(hào)的分辨率主要取決于矩形窗的長(zhǎng)短，實(shí)際中既采樣時(shí)間的長(zhǎng)短，由于采樣點(diǎn)數(shù)一樣，所以每周期采樣點(diǎn)數(shù)越少則時(shí)間越長(zhǎng)，其結(jié)果如上圖3-6（a）（b）（c）間的差別。計(jì)算可知圖3

44、-6（b）的分辨率為0.41Hz；圖3-6（c）的分辨率為0.047Hz，分辨率非常高，因此其工頻分量幾乎為一條直線。由于計(jì)算機(jī)信號(hào)處理是一種對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散處理的方式，而且需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行截?cái)?，為了保持在頻率上不失真就要求在采樣過(guò)程中進(jìn)行整周期采樣。從上邊圖3-6（c），圖3-6（d）可以看出雖然(c)與(d)的采樣時(shí)間間隔非常接近只相差0.00007s，但采樣結(jié)果卻不同，圖3-6 (d)的主峰高度低于圖3-6（c），而且在主峰下有更多的泄露。本章小結(jié)通過(guò)對(duì)電機(jī)系統(tǒng)頻率的測(cè)試，學(xué)會(huì)基本的測(cè)試過(guò)程;學(xué)會(huì)對(duì)軟件（主要是ORIGIN和C語(yǔ)言）的使用;學(xué)會(huì)對(duì)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的分析，并能獨(dú)立總結(jié)相應(yīng)的結(jié)

45、論。對(duì)接下來(lái)的管道振動(dòng)的測(cè)試和數(shù)據(jù)處理的工程應(yīng)用作了很好的準(zhǔn)備。 第4章 管線振動(dòng)的測(cè)試和分析4.1 現(xiàn)場(chǎng)分析4.1.1 現(xiàn)場(chǎng)狀況某煉化公司的甲胺泵管線振動(dòng)強(qiáng)烈，已多次引起安全閥根部和導(dǎo)壓板根部焊縫撕裂，連接法蘭密封失效，高壓高濃度的甲胺液外泄。根據(jù)該化肥廠的要求，對(duì)這二臺(tái)高壓甲胺泵的管線振動(dòng)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試分析。這兩臺(tái)高壓甲胺泵為5柱塞式往復(fù)泵，出口壓力為141kg/cm，溫度為75°，工作介質(zhì)為甲胺液，該泵的輸出管線布置從一樓直至九樓，管線緊固件多，管線長(zhǎng)一旦外泄涉及面積廣，后果嚴(yán)重。這兩臺(tái)泵處于單泵工作狀態(tài)還是兩臺(tái)泵同時(shí)工作，以及它們的工作轉(zhuǎn)速都是根據(jù)負(fù)載情況自動(dòng)控制調(diào)節(jié)的。管路

46、振動(dòng)的主要癥狀是：當(dāng)一臺(tái)泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，曲軸的轉(zhuǎn)速為72轉(zhuǎn)/分左右，此時(shí)管系振動(dòng)（特別是九樓處的管線）振動(dòng)非常強(qiáng)烈；而當(dāng)負(fù)載增加，雙泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，管系振動(dòng)反而降低，此時(shí)這臺(tái)泵的曲軸轉(zhuǎn)速為41.72轉(zhuǎn)/分。另一臺(tái)泵的曲軸轉(zhuǎn)速為46.64轉(zhuǎn)/分。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解看，泵的運(yùn)行狀況良好，不大可能存在動(dòng)力平衡性差或者基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，但泵的出口壓力脈動(dòng)很大，根據(jù)單泵和雙泵不同的工作狀態(tài)，初步估計(jì)為壓力脈動(dòng)引起的管系共振，為此測(cè)試方案定為測(cè)量管線各點(diǎn)的振動(dòng)頻率和固有頻率。整個(gè)管線分布在一座九層的塔中，其中九樓的管線振動(dòng)最劇烈，而且又有一個(gè)大平臺(tái)，我們選擇九樓的平臺(tái)作為基地，架設(shè)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。根據(jù)廠方提供的條件，

47、分別對(duì)單泵運(yùn)行和雙泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的管線振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試。由于管線振動(dòng)以低頻為主且幅值比較大，故選用速度和位移傳感器進(jìn)行測(cè)試。振動(dòng)測(cè)試內(nèi)容為:1） 振動(dòng)的幅頻響應(yīng)2） 管線固有頻率4.1.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試系統(tǒng)的組成1）傳感器根據(jù)管線振動(dòng)以低頻為主且幅值比較大的特點(diǎn)，故采用速度傳感器和位移傳感器進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。2）頻譜儀CF-3003）計(jì)算機(jī)4）數(shù)據(jù)采集器內(nèi)嵌模入模出接入板模入部分主要參數(shù)： 輸入通道數(shù) 兩端16路輸入信號(hào)范圍 5V5VA/D分辨率 12位模出部分主要參數(shù)：輸入通道數(shù) 6路輸出信號(hào)范圍 5V5V直流穩(wěn)壓電源 兩路30V5)測(cè)試儀器方流程圖微機(jī)管道傳感器數(shù)據(jù)采集器頻譜儀 圖4-1測(cè)試儀器方流程

48、圖4.1.3 振動(dòng)測(cè)試方案整個(gè)管線分布在一幢九層的塔中。其中九樓管線振動(dòng)最劇烈，而且又有一個(gè)大平臺(tái)，所以我們選擇九樓的平臺(tái)作為基地，架設(shè)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)管道包括上下方向、東西方向和南北方向三個(gè)方向的振動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)振動(dòng)情況及現(xiàn)場(chǎng)所具備的條件，選定的測(cè)點(diǎn)如表4-1所示。表4-1：測(cè)點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)號(hào)說(shuō)明1二泵管線匯合處2一樓屋頂管線東西向轉(zhuǎn)南北向拐彎處3四樓管線支撐架上4六樓處上下方向的管線處5八樓東西方向的水平管線處6九樓管線法蘭處4.1.4 管路振動(dòng)測(cè)試信號(hào)的分析 根據(jù)泵的轉(zhuǎn)速可以確定：當(dāng)一臺(tái)泵單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，泵出口處的壓力脈動(dòng)頻率約為6Hz；當(dāng)雙泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)，泵出口處的壓力脈動(dòng)頻率在7.4Hz左

49、右。管線固有頻率的測(cè)試就是敲擊管線的某一部位，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明顯的波峰。測(cè)出該波峰的頻率，就能得到管線的固有頻率，固有頻率用位移傳感器。通過(guò)敲擊試驗(yàn)得到管線一階頻率為11.5HZ，多測(cè)幾次取平均值以消除誤差。由于第三章所作振動(dòng)測(cè)試就是為了此處的振動(dòng)測(cè)試奠定基礎(chǔ)。雙泵運(yùn)行時(shí)測(cè)得的固有頻率及其相關(guān)頻譜圖見(jiàn)圖4-2，由圖4-2可知管線振動(dòng)的固有頻率為11.5Hz和33Hz左右。 （a） 時(shí)間歷程 （b）頻譜圖 圖4-2 管路固有頻率的振動(dòng)和頻譜圖下面以雙泵運(yùn)行時(shí)一樓二泵管線匯合處的測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)處理做詳細(xì)過(guò)程說(shuō)明，一樓到九樓的振動(dòng)測(cè)試是采用速度傳感器。1）先將得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到origin6.0中，其中A(X)列表示采樣時(shí)間，B(X)表示傳感器測(cè)得的振幅。每列共有2048個(gè)數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖4-3。2）將A,B兩列數(shù)據(jù)利用origin中的plot命令。生成如下時(shí)間歷程圖。3）利用所得的時(shí)間歷程圖，在origin進(jìn)行FFT變換，得到如下圖4-4。其中運(yùn)算方式如下圖所示，“FORWARD”表示做FFT正變換，“AMPLITUD