某國(guó)際機(jī)場(chǎng)除冰加液站除冰液加注系統(tǒng)管路共振問(wèn)題分析、應(yīng)對(duì)與探討

楊 濤 付志水 段崇龍

（1.河北建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 保定071000；2.圍場(chǎng)滿(mǎn)族蒙古族自治縣質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，河北 圍場(chǎng)068450）

1 工程簡(jiǎn)介

某國(guó)際機(jī)場(chǎng)有限公司除冰加液站建筑設(shè)施包括：除冰加液大廳、控制值班室、電氣設(shè)備間、設(shè)備存放間等功能房間，建筑面積774 m2，二期工程包括：車(chē)庫(kù)、消防站等，占地面積38000余m2，是中國(guó)最大的除冰液加注站，對(duì)保障機(jī)場(chǎng)航班的正常運(yùn)營(yíng)具有重要意義.

核心功能系統(tǒng)—除冰液加注系統(tǒng)包括：Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng)、Ⅱ型除冰液加注系統(tǒng)、除冰液吸液系統(tǒng)、加熱水系統(tǒng).除冰液采用純度為99.99%丙二醇，密度為1100 kg／m3.

2 除冰液加注系統(tǒng)管路系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng)：系統(tǒng)由4組獨(dú)立的加注泵，每組3臺(tái).加注泵采用BDY-100型電動(dòng)隔膜泵，變頻工作，每組最大供液量：60 m3／h.典型系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1.加注泵標(biāo)況性能參數(shù)表如表1.

表1 加注泵標(biāo)況性能參數(shù)表

2.2 Ⅱ型除冰液加注系統(tǒng)：系統(tǒng)由2組獨(dú)立的加注泵，每組4臺(tái).加注泵采用BDY-100型電動(dòng)隔膜泵，變頻工作，每組最大供液量：80 m3／h.系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖-2.

2.3 Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng)液－水混合配比說(shuō)明：液－水混合配比按體積比通過(guò)調(diào)節(jié)管道上的電動(dòng)閥開(kāi)度及加注泵工作頻率調(diào)整達(dá)到調(diào)節(jié)控制液－水混合配比.

2.4 管道支架形式：參照相關(guān)規(guī)范及圖集，采用如下管道支架形式，見(jiàn)圖-3.

2.5 加注泵安裝：加注泵安裝形式，見(jiàn)圖-4.廠家配供隔震器采用JG3-2型橡膠隔震器

3 管路共振問(wèn)題的分析及其應(yīng)對(duì)措施

因丙二醇與水密度相似，粘度接近，所以，采用以水代替丙二醇的試運(yùn)行方案，以大規(guī)模降低成本，待負(fù)荷調(diào)試時(shí)再予以微調(diào).

3.1 問(wèn)題一：首先試運(yùn)行Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng).啟動(dòng)1臺(tái)加注泵，泵體即隨隔膜泵內(nèi)部連桿擺動(dòng)在隔震器頂部水平位置左右方向水平強(qiáng)烈擺動(dòng)，并帶動(dòng)A管段縱向強(qiáng)烈擺動(dòng)，振幅有小變大，第5秒后，其管路擺動(dòng)竟迫使槽鋼支架在垂直方向產(chǎn)生近15°的強(qiáng)烈擺動(dòng).若啟動(dòng)第二臺(tái)加注泵，則可能危害系統(tǒng)安全，試運(yùn)行暫停.

圖1 Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

圖2 Ⅱ型除冰液加注系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

分析：隔震器可大幅降低對(duì)應(yīng)頻率的軸向振動(dòng)，但對(duì)側(cè)向振動(dòng)作用很小，本案中，橡膠隔震器既抬高了泵體又不能有效抑制側(cè)向振動(dòng)，隔膜泵內(nèi)部連桿產(chǎn)生的振動(dòng)帶動(dòng)了泵體產(chǎn)生了強(qiáng)烈振動(dòng).而管路則產(chǎn)生了強(qiáng)烈的受迫振蕩，通過(guò)振動(dòng)幅度從小到大逐步累積的現(xiàn)象看，可以判定，管路系統(tǒng)與泵振動(dòng)產(chǎn)生了共振.而共振產(chǎn)生的原因就是管路（或部分管路）的固有頻率與泵振動(dòng)頻率——本案振源—致或接近.

應(yīng)對(duì)措施：全部泵座由2根通長(zhǎng)12＃槽鋼滿(mǎn)焊連接形成整體，緊貼每臺(tái)泵基礎(chǔ)兩側(cè)向下采用12＃槽鋼滿(mǎn)焊制作限位立柱，使隔震器即可發(fā)揮作用，又限制泵體水平擺動(dòng).

效果：全部啟動(dòng)加注泵，泵體基本沒(méi)有水平擺動(dòng)，問(wèn)題解決.

圖3 管道支架形式簡(jiǎn)圖

圖4 加注泵安裝簡(jiǎn)圖

3.2 問(wèn)題二：重啟一臺(tái)加注泵，第5秒內(nèi)，A管段及其立管隨泵的注水頻率產(chǎn)生輕微縱向擺動(dòng)，第5秒后，幅度逐漸加大，第20秒后，A管段縱向強(qiáng)烈擺動(dòng)已迫使槽鋼支架在垂直方向產(chǎn)生近15°的強(qiáng)烈擺動(dòng).同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)加注泵，第20秒后，A管段縱向擺動(dòng)已可能危害系統(tǒng)安全，同時(shí)啟動(dòng)3臺(tái)加注泵，第15秒后，A管段縱向擺動(dòng)已可能危害系統(tǒng)安全，試運(yùn)行暫停.通過(guò)變頻技術(shù)，改變加注泵的工作頻率，調(diào)至2秒∕次，則同時(shí)啟動(dòng)3臺(tái)加注泵亦無(wú)明顯擺動(dòng).對(duì)Ⅱ型除冰液加注系統(tǒng)及吸液系統(tǒng)試運(yùn)行，管路系統(tǒng)均產(chǎn)生了類(lèi)似的問(wèn)題.

原因分析：從管路系統(tǒng)振動(dòng)頻率與泵的注水頻率相同，及振動(dòng)幅度從小到大逐步積累的現(xiàn)象看，可以判定，管路系統(tǒng)的固有頻率因與泵的注水振動(dòng)頻率接近從而產(chǎn)生了共振.改變注水頻率后擺動(dòng)基本消失，又是對(duì)前面結(jié)論的驗(yàn)證.

措施討論：此時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生了3種意見(jiàn)：1.做大型門(mén)字架，與管道固定，與地面生根，高度h＝3m，固定管道系統(tǒng).2.支架與管道之間墊橡膠墊緩沖振動(dòng).3.對(duì)現(xiàn)有支架進(jìn)行斜撐加固，固定管路系統(tǒng).經(jīng)討論，認(rèn)為意見(jiàn)3在施工便捷性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性方面較為穩(wěn)妥.決定在管段A上進(jìn)行試驗(yàn).支架斜撐加固簡(jiǎn)圖如圖-5所示.綜合考慮支撐力與槽鋼本身的撓度，決定斜撐夾角為45°.

試驗(yàn)結(jié)果：重啟一臺(tái)加注泵，A管段及其立管隨泵的縱向擺動(dòng)被明顯遏制.同時(shí)啟動(dòng)3臺(tái)加注泵，A管段及其立管仍然沒(méi)有明顯擺動(dòng).試驗(yàn)成功.然而，B管段發(fā)生了與A管段相似的擺動(dòng)，且同時(shí)啟動(dòng)3臺(tái)加注泵，第20秒后，縱向擺動(dòng)已可能危害系統(tǒng)安全，試運(yùn)行暫停.

問(wèn)題分析：可以判斷，B管段產(chǎn)生擺動(dòng)原因與A管段相同.

圖5 支架斜撐加固簡(jiǎn)圖

措施論證：由于擬定的應(yīng)對(duì)措施將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)載荷，故邀請(qǐng)了工程給排水設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師、總設(shè)計(jì)師到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)評(píng)估，結(jié)論是：現(xiàn)有結(jié)構(gòu)可以承受當(dāng)前振動(dòng)載荷.

措施確定：在Ⅰ型除冰液加注系統(tǒng)、Ⅱ型除冰液加注系統(tǒng)、除冰液吸液系統(tǒng)的首節(jié)主管段全部支架及改變方向后管段的前2個(gè)支架進(jìn)行斜撐加固.

效果：全部啟動(dòng)加注泵，管道系統(tǒng)的擺動(dòng)被基本遏制，問(wèn)題解決.

4 本案中系統(tǒng)共振問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)、借鑒與探討

4.1 由問(wèn)題1可以看出，隔膜泵與軸流泵、離心泵等不同，尤其水平兩側(cè)對(duì)置機(jī)頭的隔膜泵，因較低的頻率特征，對(duì)豎向隔震要求很低，設(shè)置隔震器反而會(huì)產(chǎn)生不利情況，因此，在通常條件下，可以不考慮設(shè)置隔震器，而將隔膜泵直接固定安裝在基礎(chǔ)上，從而避免泵本體成為振源.

4.2 由問(wèn)題2可以看出，隔膜泵系統(tǒng)注水的頻率特征非常明顯，而且越接近泵出口表現(xiàn)越強(qiáng)烈，是管路系統(tǒng)產(chǎn)生受迫振動(dòng)的振源.設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)各可能產(chǎn)生振動(dòng)的管段的固有頻率進(jìn)行評(píng)估，避免與系統(tǒng)注水的頻率接近而產(chǎn)生共振，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響.

4.3 目前，業(yè)界對(duì)管路系統(tǒng)的固有頻率的研究尚不深入普及，對(duì)管路系統(tǒng)整體及分部固有頻率的評(píng)估存在困難.因此，對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可優(yōu)先考慮管路系統(tǒng)全部或部分埋地布置，以期解決管路系統(tǒng)共振問(wèn)題.

［1］陳斌，邢志偉，王立文.飛機(jī)除冰車(chē)除冰液管路系統(tǒng)壓力控制方法的研究.機(jī)床與液壓，2009（8），129～131