1、淺談火電廠汽水管道幾種典型的振動類型摘要：介紹了電廠汽水管道幾種常見的振動，分析了其原因，總結(jié)了預(yù)防和處理辦法。（6未加）關(guān)鍵詞:電廠；汽水管道；振動1、前言汽水管道振動是是電廠運行中的一種常見的現(xiàn)象，振動的存在不僅會降低管道和設(shè)備的使用壽命，而且振動導致的管路泄漏或斷裂會危及到設(shè)備的使用安全性，甚至造成機組非?；蛉松韨龅仁鹿省Ｔ诮鉀Q管道振動問題時，首先應(yīng)該分析清楚管道振動的原因，再根據(jù)實際情況進行管系的布置修正和加固。2、振動的現(xiàn)象電廠汽水管道振動非常普遍，主要表現(xiàn)為管路及其支吊架的擺動并伴有“碰碰”的噪聲，振動的時間多發(fā)生在啟停機和變工況的時刻，振動地點多發(fā)生在主蒸汽管道、高低加之間正常

2、疏水和危急疏水管路、水泵的出入口管路及再循環(huán)管路，高溫高壓容器或主蒸汽管道的有壓放水母管等管路。3、振動的原因根據(jù)管道振動的理論分析，管道及其支架和與之相連接的各種設(shè)備或裝置構(gòu)成了一個復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在有激振力的情況下，這個系統(tǒng)就會產(chǎn)生振動。研究管道振動，要從兩方面考慮：一個是減小激振力，從根源上消除振動l2；另一個是改變管道結(jié)構(gòu)，即從結(jié)構(gòu)研究的角度來降低管系對外界激振力的響應(yīng)。21激振力動力管道的激振力有來自系統(tǒng)自身和系統(tǒng)外兩大類，其中前者是管道振動的主要誘因。來自系統(tǒng)自身的激振力主要是管道內(nèi)部流體的不穩(wěn)定流動引起的振動，來自系統(tǒng)外的激振力主要是與管道相連接的機器、設(shè)備、平臺等的振動和風

3、載荷、地震載荷等。工程中引起激振力的常見因素有：a. 管流脈動引起的振動。管道輸液（氣）需通過泵或壓縮機加壓作為動力，這種加壓方式是間隙性的，由于間隙加壓，管道內(nèi)的壓力在平均值的上下脈動（或稱波動），即產(chǎn)生壓力脈動，管流處于脈動狀態(tài)。脈動狀態(tài)的流體遇到彎管頭、異徑管、控制閥、節(jié)流孔板、盲板等管道元件，產(chǎn)生隨時問變化的激振力，使管道及其附屬設(shè)備產(chǎn)生振動。b. 液擊振動。在輸送液體的管道中，由于生產(chǎn)過程的調(diào)節(jié)，有時需要突然啟、停閥門、水泵和水輪機，這時管道內(nèi)液體的速度會突然發(fā)生變化，液體速度的變化使液體的動量改變，反映在管道內(nèi)的壓強迅速上升或下降，并伴有液體錘擊的聲音，這種現(xiàn)象稱為液擊，也叫做水錘

4、或水擊。液擊造成管道內(nèi)壓力的變化很大，嚴重時可使管子爆裂，迅速降壓而形成負壓，使管子失穩(wěn)。液擊還經(jīng)常導致管道振動，發(fā)出噪音，嚴重影響管道系統(tǒng)的正常運行。C.管道內(nèi)流體流速過快，因而流體與管道邊界層分離而產(chǎn)生湍流，引起振動。2.2管系管系是連續(xù)彈性體，當管系的固有頻率與激振力的頻率接近時會發(fā)生共振現(xiàn)象，使系統(tǒng)振動大大加強。對于簡單管系的結(jié)構(gòu)固有頻率的計算，理論力學有較詳細的介紹。一個復(fù)雜的管系在工程上大都用有限元法計算，將管系分成若干個單元，一般將一段直管作為一個管單元，彎管處理成彎管單元或若干根截面與彎管相等的直管組成的折線代替；法蘭和閥門作為集中質(zhì)量來考慮。理論上講汽水管道振動的分析，就是研

5、究管道系統(tǒng)的外界激擾力、管系響應(yīng)及管系自身振動特性的3個方面。某一管路振動的原因可能只是單一的，但也有可能是多種因素綜合的結(jié)果，常見的振動因素主要有以下幾種。根據(jù)管道振動的理論分析，管道及其支架和與之相連接的各種設(shè)備或裝置構(gòu)成了一個復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，在有激振力的情況下，這個系統(tǒng)就會產(chǎn)生振動。研究管道振動時，要遇到2個振動系統(tǒng)：一個是管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，即從結(jié)構(gòu)研究的角度來確定結(jié)構(gòu)對流體激發(fā)的響應(yīng)；另一個是流體系統(tǒng)，即從流體研究的角度來確定流動的規(guī)律和它對結(jié)構(gòu)的激發(fā)作用l2J。壓力管道的激振力可分為來自系統(tǒng)自身和系統(tǒng)外2大類。來自系統(tǒng)自身的主要有與管道直接相連接的機器、設(shè)備的振動和管道內(nèi)部流體的不穩(wěn)

6、定流動引起的振動；來自系統(tǒng)外的有風載荷、地震載荷等，其中前者是管道振動的主要誘岡。振動對壓力管道來講是一種交變動載荷，其危害程度取決激振力的大小和管道自身的抗振性能。其主要的影響因素如下：3.1機械振動當管道與相連的工藝設(shè)備或機械設(shè)備發(fā)生振動時，傳遞到管系上引發(fā)的管道機械振動。旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)動部分由于制造誤差、材料的不均勻性以及運動中遭受不均勻侵蝕或損傷，它的重心就會偏離軸線。轉(zhuǎn)予的重心的偏離使其在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一個不斷變換的慣性力，這種慣性力就是引起旋轉(zhuǎn)機械振動的主要周期性激振力。此外，由于軸承座在水平方向和垂直方向的剛度不同；軸承的剛度具有非對稱性的彈性特性。3.1、管路的選型不對3.1.1高速

7、流引起的振動管道內(nèi)流體流速過快，因而流體邊界層分離而產(chǎn)生湍流，引起振動。湍流是流體的一種流動狀態(tài)。當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，也稱為穩(wěn)流或片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現(xiàn)波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加,此種流況稱為過渡流;當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合。這時的流體作不規(guī)則運動，有垂直于流管軸線方向的分速度產(chǎn)生，這種運動稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。流體作湍流時，阻力大流量小，能量耗損增加。實驗證明，能量耗損E與速度的關(guān)系為當流體流經(jīng)減壓閥、安全閥、噴嘴或其它節(jié)流，流體的流速急劇

8、增加而達到了或接近臨界，由此出現(xiàn)不穩(wěn)定的流動狀態(tài)，管道系統(tǒng)會產(chǎn)生強烈的振動，還發(fā)出噪聲。(1) 由蒸汽管系頻譜分析知管道的振動是由受迫振動引起的，且振源位于截止閥附近分析蒸汽管系結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，蒸汽在高速流經(jīng)截止閥及其后彎頭時所形成的渦流引起蒸汽的脈動，是導致管系振動的主要原因蒸汽流過截止閥后雖然不改變流向，但在流經(jīng)截止閥內(nèi)部時，由于閥內(nèi)的彎頭及閥桿的作用使蒸汽的流向變?yōu)楦哌M低出，蒸汽的壓力也由于彎頭及閥桿的節(jié)流作用，相應(yīng)經(jīng)歷由高到低的變化，流向與壓力的不斷變化，使蒸汽在截止閥后及彎管處引發(fā)渦流并形成脈動造成管系振動這也是該電廠蒸汽管道振動的主要原因(2)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，由于主蒸汽管道改造，管系原

9、彈簧支吊荷載分配被破壞，載荷分配不均使彈簧支吊架失去減振作用甚至促使了振動的形成與加??；(3) 改造后的管系剛度不足，尤其管道截止閥處上下位移沒有固定，管道易產(chǎn)生受迫振動；(4) 主蒸汽管道內(nèi)蒸汽流速較大(57m/s左右)超過了設(shè)計的標準值(40m/s)，也容易產(chǎn)生激振成管道系統(tǒng)振動的原因。通常情況下分析管道系統(tǒng)振動的原因，主要從以下三個方面考慮：221機械系統(tǒng)的動力平衡性。與管道系統(tǒng)相連的轉(zhuǎn)動設(shè)備(比如氣輪機組、泵等)的平衡力過大，將引起設(shè)備本身的振動，如果基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計不當，轉(zhuǎn)機的振動將通過基礎(chǔ)或其他設(shè)施傳遞給管道，牽連管道振動。222管道內(nèi)部流體流動狀況。管道系統(tǒng)布置的不和理情況(比如彎頭

10、過多、頻繁改變走向)以及管件(比如閥門、孔板)對流體的作用，使介質(zhì)流場突然改變，會導致管道振動；當流在管道中流動時，若流速過大并超過某一允許流速時，也可能引起管道振動。所以在管道的設(shè)計規(guī)定中，一般都會根據(jù)管道輸送的流體種類、應(yīng)用場合、管道種類等因素限制管道內(nèi)流體的允許流速：管道內(nèi)兩相流及“水錘”也是管道系統(tǒng)振動的主要原因之一。223管道流體的脈動壓力。管道內(nèi)的流體輸送主要通過壓縮機或泵加壓進行，這種加壓方式是周期性的，因此，有可能引起管道內(nèi)實際的壓力在平均壓力的上下波動，即形成了所謂的“脈動壓力”。這種“脈動壓力”作用于管道系統(tǒng)，會引起管道系統(tǒng)的振動，如果系統(tǒng)的約束不夠牢固或減震性能不好，系統(tǒng)

11、的振動會逐漸加劇。3.2、管路布置不合理3.3、發(fā)生共振112流體渦流激振當管內(nèi)流速較大時，紊流邊界層分離而產(chǎn)生渦流，渦流的周期性釋放，在管壁上產(chǎn)生周期性擾動力，因而激起管道振動。當渦流釋放的周期與管道的自振頻率一致時，渦流激起共振。渦流激振發(fā)生于蒸汽繞流過擋板、閥門及分叉管時，產(chǎn)生的振動頻率一般較高，且伴有較大的音頻聲發(fā)射。對于汽輪發(fā)電機組的蒸汽管道，流速不是很大，并且管內(nèi)沒有擋板等其它部件，發(fā)生流動渦流的可能性很小。113壓力脈動引起的氣柱諧振氣體的可壓縮性和管道的彈性，在流體動力學分析中相當于電路中的電容，而氣體的流動慣性，相當于電路中的電感，從而構(gòu)成類同于電路中IC諧振回路。在管端壓力

12、脈動時，氣體的壓縮和膨脹產(chǎn)生周期性流動振蕩。當壓力脈動頻率與氣柱的諧振頻率相等時，即會產(chǎn)生共振，激起管道強烈振動和發(fā)出強烈的噪聲。這類擾動問題在軸流式風機及風道中較易出現(xiàn)。當發(fā)生氣柱諧振時，整個管道基本上處于同一振動頻率。114管流脈動激發(fā)管道振動管內(nèi)氣體壓力脈動時，氣流也處于脈動狀態(tài)。脈動的氣流流經(jīng)彎頭、管徑縮擴、調(diào)節(jié)門、孔板等流動轉(zhuǎn)向、流速變化部件時，作用在管壁的氣流動量呈周期性脈動狀態(tài)，因而誘發(fā)管道振動。如圖1所示的彎頭，如流體的脈動壓力值為P,管道的通流面積為.S,彎頭的彎角為8則作用F圖1彎頭受力t-g蔥在管道截面上的脈動力大小為P5,將這兩個力合成，得到沿彎頭分量的合力R,其值為R

13、=2kSsin導（1）這就是由于脈動壓力引起的作用在彎頭上的干擾力的大小。由式（1）可見，R隨彎角的增大而增大。P是隨時間周期變化的，所以作用在彎頭的脈動干擾力也隨時間作周期變化。它們的變化規(guī)律,可以用脈動壓力分析的方法計算出來。管道中流動的脈動氣流,在遇到彎頭、異徑管、盲板以及閥門時出現(xiàn)激勵力，從而使管道振動。3.4、水擊現(xiàn)象在有壓管道中，由于某種原因（如閥門啟閉，換向閥變換工位，水泵機組突然停車，管道中有氣等），使水流速度發(fā)生突然變化，同時引起管道中水流壓力急劇上升或下降的現(xiàn)象，稱為水擊（或水錘壓力管道系統(tǒng)的水擊現(xiàn)象是一種典型的有壓管道非恒定流問題。水錘引起的壓強升高，可達管道正常壓強的幾

14、十倍至數(shù)百倍。另外，還會使管內(nèi)出現(xiàn)負壓。壓強大幅波動，可導致管道系統(tǒng)強烈振動、產(chǎn)聲，造成閥門破壞、管件接頭破裂、斷開，甚至管道炸裂等重大事故。湖南華能岳陽電廠引進英國GEC公司2臺362.5MW機組。自機組調(diào)試、移交生產(chǎn)以來，高、低壓給水系統(tǒng)多次發(fā)生水擊現(xiàn)象，其中3臺次造成停機，給電廠帶來很大的經(jīng)濟損失。高壓給水系統(tǒng)兩次水擊事故造成停機均發(fā)生在2號機組。第一次發(fā)生在機組調(diào)試階段，第二次發(fā)生在帶負荷340MW運行時，鍋爐壓力161MPa,給水壓力191MPa,5號高壓加熱器水位趣高，激發(fā)6號高壓加熱器給水自動跳旁路，緊接著給水泵母管壓力急劇波動，產(chǎn)生水擊。引起鍋爐給水管道大幅度擺動，部分吊架拉壞

15、，給水流量取樣管拉斷2根，給水疏水管拉斷3根，水大量外噴，水汽彌漫機房和鍋爐區(qū)，機組被迫停運。.(1) 安裝水擊消除器。當管路中壓力升高時彈簧受到壓縮，于是打開了水的通路，水被排出而泄壓，因此降低了水擊壓力；(2) 在水泵出口處增設(shè)泄壓閥，采用被動的泄壓方法讓水擊產(chǎn)生的壓力增值釋放掉，從而達到保護管道及水泵的目的；(3) 在循環(huán)泵前、后的管路之間安裝止回閥的旁通管，可防止由于突然停泵引發(fā)的水擊；(4) 可適當增設(shè)緩閉單向閥，延長閥全部關(guān)閉所需的時間；(5) 在較長管道中設(shè)置調(diào)壓室，縮短管道長度，減小相長，可以緩和水擊；(6) 在管系上按規(guī)定安裝排氣閥，避免管道產(chǎn)生集氣；(7) 適當加大管徑，限

16、制管中流速可減小水錘強度。4. 2建立安全操作規(guī)程(1) 合理延長管路閥門關(guān)閉時間，緩慢操作，禁止突然關(guān)閉閥門；(2) 水泵啟動、停車前完全關(guān)閉出水閥門；(3) 加強巡視，確保管道及設(shè)備工況良好；(4)完善管理制度和嚴格執(zhí)行操作規(guī)程、及時維修排除管系運行故障。5結(jié)語壓力管道系統(tǒng)的水擊現(xiàn)象是難以避免的，水擊的危害性很大，為此在設(shè)計上考慮水擊作用的影響是很有必要的。另外，很多事故是由于現(xiàn)場水泵或閥門操作不當造成的，因此管理、操作人員要嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，將水擊發(fā)生的頻率和水擊所造成的損失降至最低。32流體脈動由于旋轉(zhuǎn)機械的吸液或排液的周期性、間歇性，因而管內(nèi)流體的速度忽快忽慢，壓力忽高忽低，形成了一

17、種不穩(wěn)定的狀態(tài)。本文所述蒸汽管道發(fā)生振動的主要原因，是高速流動的蒸汽在流經(jīng)截止閥及其后彎頭時產(chǎn)生渦流而形成激振引發(fā)振動給水泵轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的振動傳遞到相連的蕾道上，屬于振動潭的傳遞省煤囂人口主培水蕾道攮動，特別是在機組帶32%左右負荷時,攘硇時問222222222長、頻率高、振幅大，而在帶滿負荷時情況尚好，這是由于介質(zhì)擾動、劇烈的紊流引起的振動。(2)培莖票篙羹主萎的固定支架及限位支架少；部分支吊架松脫、跨落或失去作用，使個別支吊點失重，流體的沖擊造成管道失穩(wěn)晃動；管道布置不順暢，流體阻力大。(3)高壓加熱器琉水管道的振動。高壓加熱器疏水管道上的琉水閥選型時，流量系數(shù)計算有誤，琉水悶通徑選擇偏小，

18、工質(zhì)流速過高，快開的疏水悶使工質(zhì)產(chǎn)生二相流，引起“汽錘或水錘：(2) 管道布置中采用的彎頭較多，柔性過大，增加了流體對管道的激擾力，流體變化頻率和管道白振34汽液兩相流流體靜管路尤其是節(jié)流元件時，其壓力由于沿程摩擦阻力或局部阻力而逐漸地下降。如果液體壓力降到飽和壓力以下，這時部分液體就會汽化，產(chǎn)生汽泡就會破滅。當流體壓力繼續(xù)降低時，汽化和氣體的比率將不斷增高，就會形成各種各樣的汽液兩相流。在摩擦損失比較大的長管線上，壓力變化大，會有振動的發(fā)生。4、振動消除的辦法針對所確定的管道振動原因，采取以下有效措施：(1)在管系適當位置設(shè)置剛性約束，如固定支架、導向支架、滑動支架或限位裝置，必要時設(shè)置減振

19、器或阻尼器；(2)盡量將轉(zhuǎn)動設(shè)備產(chǎn)生的振動與管道隔絕開，以使管道不受外界振動力的激擾：(3) 消除振源，即消除管系的激擾力，如在管路中設(shè)置集箱、空腔緩沖器、濾波緩沖器或蓄壓緩沖器等，布置中盡量少用彎頭、變徑管等；f4)準確選取節(jié)流減壓闊件，如疏水闊、節(jié)流閥、調(diào)節(jié)闊等，使介質(zhì)流動順暢；(5)蒸汽管道的布置要盡可能增加坡度，使疏水通暢，盡量不要出現(xiàn)U型段，形成積水。造成水擊振動。33合理設(shè)計管道系統(tǒng)(1) 管道系統(tǒng)?；l共振振幅最大，高階共振的振幅較小，所以避開低頻振是解決問題的關(guān)鍵。目前的作法有調(diào)整管道的走向、支承位置、支承結(jié)構(gòu)及管道結(jié)構(gòu)尺寸等，將系統(tǒng)的固有頻率調(diào)高到激振力主頻率的2830倍以上

20、。在工程中，由于現(xiàn)場條件和工藝條件的限制，管道的走向和結(jié)構(gòu)尺寸無法改變，只有通過改變約束條件來改變系統(tǒng)的固有頻率。(2) 應(yīng)避免管道彎頭急轉(zhuǎn)彎。在壓縮機管系的運行中，其激振力主要產(chǎn)生于彎頭和異徑管的接頭處，因此在管道的安裝中應(yīng)辱量減少彎頭的使用，使管道走向平直以減少激振力數(shù)目，又因彎管處的激振力與轉(zhuǎn)彎之角度相關(guān)，這是由于彎頭處彎管角越大則脈動壓力引起的交變力越大，產(chǎn)生較大的管道振動激振力，故減小轉(zhuǎn)彎角度可以增強減振效果。(3) 消減液擊。主要方法是緩慢關(guān)閉閥門，根據(jù)工藝要求，盡可能縮短管道的長度；在管道靠近液擊源附近設(shè)安全閥、蓄能器等裝置，以釋放或吸收液擊能量。產(chǎn)。l2消振措施21在振動的管道

21、上設(shè)置支撐根據(jù)無阻尼強迫振動方程式：m+kx：Fosm°°to其中m和k值與管系的形式有關(guān),根據(jù)固有頻率的定義式：【o當作用于管道上的激振頻率等于或接近于固有頻率°時就會產(chǎn)生共振,要避開共振區(qū)必須使°增大或減小,增強管道結(jié)構(gòu)的剛性k值或減小系統(tǒng)質(zhì)量m,頻率(o就會有所變化，現(xiàn)場一般采取調(diào)整支撐或加固管道的辦法來增強剛性k值。事例：某鋼廠空壓站內(nèi)裝設(shè)了4臺日本二手空壓機設(shè)備機組,空壓機形式為對稱平衡式，銘牌出力為5t.2m3/min,排氣壓力為0.85MPa，其中1#、2#機組功率為250kW,3#、4#機組功率為240kW,在空壓機試運轉(zhuǎn)時，由于當時空壓機的二級缸出口至后冷卻器之間的管段缺乏牢固的支撐，結(jié)構(gòu)固有頻率則較低，以至此管段出現(xiàn)了較大的振動，當達到位移共振頻率時，振幅約40ram。通過對振動情況進行了系統(tǒng)的分析，認為改變管道的剛性k值與質(zhì)量m的比值，使固有頻率得到變化，是減小振動的有效措施。因此，為了增加管道結(jié)構(gòu)的剛性，在幾個關(guān)鍵點處做了22改變支架的形式當動力管道發(fā)生振動時，采取改變支架形式的作法是解決管振問題的方法之一。例如：在解決某廠空壓站管道振動問題時對原有的支架形式做了改變，其方法就是在支座與管道之間或兩兩0性件的接觸面之間增加了厚度大于5mm的橡膠墊片，這種墊片具有彈性承載能力和能量消散能力