帶有分支輸流管道附加軸力的計(jì)算與校核

王曉陽(yáng) 周 征 張素芬

（北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊065000）

在非線性振動(dòng)研究領(lǐng)域，輸流管道的非線性振動(dòng)問(wèn)題是當(dāng)今一大熱點(diǎn)問(wèn)題，其振動(dòng)形態(tài)與輸流管道是否能夠穩(wěn)定工作緊密相關(guān)，而輸流管道的振動(dòng)形態(tài)受到初始條件參數(shù)的直接影響，且具有極強(qiáng)的敏感性。 本文結(jié)合某電廠的回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)際，提出輸流管道計(jì)算模型，進(jìn)而推導(dǎo)出其主循環(huán)管路受到的附加軸向力，用于判斷該輸流管道的振動(dòng)形態(tài)及是否發(fā)生分岔及混沌運(yùn)動(dòng)。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)輸流管道及參數(shù)

我國(guó)電力生產(chǎn)領(lǐng)域目前仍以熱電生產(chǎn)為主，其主要采用的方式為熱電聯(lián)產(chǎn)循環(huán)，在朗肯循環(huán)的基礎(chǔ)上，對(duì)中間級(jí)并未完全膨脹做功的氣體抽出一部分直接進(jìn)入回?zé)峒訜崞鳎?從而提高鍋爐進(jìn)口水溫度，用以提高熱循環(huán)效率，循環(huán)過(guò)程如圖1 所示。

圖1 熱電聯(lián)產(chǎn)示意圖

以兩給水泵之間管段為主要研究對(duì)象[1]，其彈性模量取為206GPa，規(guī)格為Φ273×25mm；而分支管道內(nèi)部流體為濕飽和蒸汽，需要采用高溫高壓碳素鋼為主材[2]，因而彈性模量取為194GPa，規(guī)格為Φ133×16mm；耗散系數(shù)均取為1×10-4Pa·S-1。

2 附加軸力的理論計(jì)算

由于分支管道的存在，內(nèi)部流體附加橫向力引起的附加軸力記為TB，分支管道本身變形引起的附加軸力記為TB1，管道自重引起的附加軸力在此記為TG。 經(jīng)過(guò)較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)及力學(xué)運(yùn)算，得出該三項(xiàng)計(jì)算表達(dá)式為：

整體附加軸力取該三項(xiàng)附加力的代數(shù)和，即：

3 附加軸力的有限元求解及對(duì)比

選取特定時(shí)刻t=21π，橫向位移y=6mm，有限元求解結(jié)果如圖2所示：

圖2 附加軸力有限元求解結(jié)果

通過(guò)表1 對(duì)比兩種計(jì)算結(jié)果，若誤差在允許范圍之內(nèi)，則該附加軸向力的初始條件可用于帶有分支情況下輸流管道的非線性動(dòng)力學(xué)特性研究[3]。

表1 附加軸力理論解與有限元解結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的理論計(jì)算及有限元數(shù)值求解，可以求得對(duì)應(yīng)情況下輸流管道的三個(gè)附加軸力，進(jìn)而通過(guò)對(duì)比，可見(jiàn)兩種計(jì)算方法所得結(jié)果誤差較小，可以作為分析輸流管道非線性振動(dòng)的初始條件，與目前常用的輸流管道分析過(guò)程相比，可以在一定程度上提高精確度，從而得到對(duì)輸流管道更準(zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鼋Y(jié)果。

［1］楊超.管材參數(shù)對(duì)輸液管流固耦合振動(dòng)的影響[J].振動(dòng)與沖擊,2011,7(30):210-213.

［2］劉浩華.貴溪電廠擴(kuò)建工程四大管道管材選型分析[J].江西電力,2004,28(3):15-16.

［3］王建.輸流管道流固耦合非線性動(dòng)力學(xué)分析[J].沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào),2007,21(4):292-294.