汽機(jī)管道振動(dòng)防范措施綜述

顧鵬程

摘要：蒸汽機(jī)管道系統(tǒng)復(fù)雜，在異常工況下常常出現(xiàn)管道振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行安全，針對(duì)該問(wèn)題，從管道振動(dòng)的原因入手，制定相應(yīng)的防范措施，并嚴(yán)格執(zhí)行，以確保設(shè)備安全。

關(guān)鍵詞：汽機(jī)管道；振動(dòng)；防范；措施

中圖分類號(hào)： U173 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

管道與容器、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等設(shè)備相連，管道振動(dòng)往往會(huì)影響相關(guān)設(shè)備，所以，要重視管道的振動(dòng)問(wèn)題，從安裝、檢修、驗(yàn)收、運(yùn)行、維護(hù)等多方面入手，防范管道振動(dòng)，保證發(fā)電設(shè)備的可靠運(yùn)行。

1、汽機(jī)管道振動(dòng)的原因分析

(1)汽機(jī)管道內(nèi)的物質(zhì)在流動(dòng)的時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)氣液兩相流的現(xiàn)象。液體基本上是不可壓縮的，而氣體有很強(qiáng)的可壓縮性，因此在管道內(nèi)出現(xiàn)兩相流動(dòng)的時(shí)候，因其氣體的壓縮升壓以及釋壓膨脹的運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起工質(zhì)壓力、流速反復(fù)急劇變化的水錘情況，進(jìn)而也就會(huì)造成了管道的振動(dòng)。(2)管道閥門在開關(guān)的時(shí)候過(guò)于猛烈。在閥門開關(guān)的時(shí)候，閥門處的工質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)變化是最猛烈的，特別是在快速開關(guān)閥門的時(shí)候。這種劇烈變化的流動(dòng)狀態(tài)，通常是通過(guò)振動(dòng)來(lái)表現(xiàn)出來(lái)的。(3)工況變化就會(huì)使得工質(zhì)出現(xiàn)汽化或是凝結(jié)的現(xiàn)象。假如管道內(nèi)的工質(zhì)因其溫度或壓力的變化而汽化或者是凝結(jié)，這勢(shì)必會(huì)發(fā)生水錘的現(xiàn)象。(4)某一工況下，管系設(shè)備的固有頻率與流體流動(dòng)的局部速度變化頻率一樣的時(shí)候，就會(huì)引起管道共振。(5)蒸汽管道有凝結(jié)水的時(shí)候，疏水不暢通。(6)管道支吊架存在問(wèn)題，比如彈簧損壞、支吊架卡澀、支承位置不合適以及支承剛度不夠等等。(7) 管道安裝設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，其管道的坡度不符合要求，這非常的不利于排空氣、放水以及疏水，很有可能就會(huì)引起管道的振動(dòng)。(8)氣柱振動(dòng)系統(tǒng)，管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體通常是叫氣柱，因其氣柱可以壓縮膨脹，而且還有一定的質(zhì)量。（9）壓縮機(jī)氣體管系布局設(shè)計(jì)存在缺陷及壓縮機(jī)本身構(gòu)造特性原因。①管道布局存在缺陷在低壓溶劑回收壓縮機(jī)氣體管道在布局上存在不足之處，使得壓縮機(jī)的出人口管道上90度彎頭過(guò)多，無(wú)形中造成脈動(dòng)沖擊力增大，這是造成這兩臺(tái)壓縮機(jī)振動(dòng)過(guò)大的主要原因。②回收壓縮機(jī)閥門選用不合理在壓縮機(jī)氣體管系內(nèi)應(yīng)盡量選擇沖擊阻力最小的閥門，例如球閥。但是在低壓溶劑回收壓縮機(jī)二級(jí)緩沖罐出口位置的閥門則為截止閥。由于截至閥的本體構(gòu)造原因，會(huì)在閥體部位產(chǎn)生較為明顯的渦流現(xiàn)象。對(duì)壓縮機(jī)的管系振動(dòng)來(lái)說(shuō)又是一種振源。

所以說(shuō)，它本身是一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)之中，當(dāng)該列是目標(biāo)激勵(lì)，進(jìn)而也就形成受迫振動(dòng)。操作的壓縮機(jī)管道周期激勵(lì)，當(dāng)列反應(yīng)，以形成一列的受迫振動(dòng)的壓力脈動(dòng)。其出口韻與脈動(dòng)壓力，相對(duì)于該管的平均壓力是比較小的阻尼管，從而引起空氣柱的振動(dòng)不會(huì)有太大的問(wèn)題。但是當(dāng)氣柱固有頻率或是激發(fā)頻率相等的時(shí)候，就會(huì)激發(fā)氣柱產(chǎn)生氣柱共振。

fi=imn/60(i=1、3、5…)

式中:fi為激發(fā)頻率；

M是曲軸一轉(zhuǎn)內(nèi)，在管道的一個(gè)端口處，向管道吸、排氣的次數(shù)；

N是活塞式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位是r/min；

i為諧波階次?

在自由振動(dòng)的情況之下，氣柱振動(dòng)的頻率叫氣柱的固有頻率?它和布置方式、管道上容器容積大小以及管道長(zhǎng)度等等有關(guān)?它的大小，而且還決定了氣柱共振與否?當(dāng)fi=(0.8-1.2)fg的時(shí)候，管道就會(huì)產(chǎn)生氣柱的共振?而此時(shí)，氣體壓力波動(dòng)自然也就會(huì)成倍的增大，其管道也會(huì)出現(xiàn)較為劇烈的振動(dòng)?所以說(shuō)，正確的計(jì)算出管道氣柱的共振頻率，這對(duì)于防止氣柱共振的產(chǎn)生有著十分深遠(yuǎn)的意義?

管道結(jié)構(gòu)固有頻率是管道系統(tǒng)作同步自時(shí)的頻率。它的大小與該系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度有關(guān)固有頻率計(jì)算公式為:

fg=g/σst/2π

式中:σst為管道靜變形量；

g為重力加速度?

從上面的分析中，列共振，激振力和管道機(jī)械振動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈震動(dòng)的管道?尤其是當(dāng)激勵(lì)頻率柱的固有頻率等于或接近的固有頻率的諧振狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，管道最激烈的振動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)器不能使用?因此，消除管道振動(dòng)，消除氣柱共鳴，削弱激振力，才能避免管道機(jī)械振動(dòng)?

2、汽機(jī)管道常見振動(dòng)舉例

(1)啟停及事故情況下，在凝結(jié)水流量大幅減小時(shí)，因其除氧器凝結(jié)水來(lái)水逆止門之前工質(zhì)壓力大幅下降且時(shí)間較長(zhǎng)，將會(huì)出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，再次提高上水流量或流量變化的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生管道振動(dòng)的情況。(2)在給水泵跳閘的情況之下，系統(tǒng)內(nèi)的積水在壓力就會(huì)大幅度的下降而且還不再流動(dòng)的情況下發(fā)生汽化的情況，在盤車運(yùn)行情況下或者是再次啟動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)兩相流振動(dòng)的情況，通常是在入口管路很有可能會(huì)出現(xiàn)。(3)在啟動(dòng)的時(shí)候，其沒有完全的按照其要求進(jìn)行投運(yùn)，或是抽汽門象征性的開啟，高加的水位也不夠。在沖轉(zhuǎn)的時(shí)候，因其汽缸大量進(jìn)汽，尤其是在沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)的過(guò)程之中，汽缸進(jìn)汽量也會(huì)隨之增加變大，同時(shí)抽汽量自然也會(huì)大幅的增大，蒸汽在進(jìn)入高加之后不能及時(shí)、充分的凝結(jié)，使得進(jìn)入疏水管就會(huì)形成兩相流，從而引起疏水管道的振動(dòng)。(4)在機(jī)組的啟動(dòng)之中，某段的抽汽管疏水手動(dòng)門沒有開啟，雖然有疏水器，在大量蒸汽進(jìn)入的時(shí)候，凝結(jié)水根本就無(wú)法疏走，進(jìn)而引起相關(guān)管路振動(dòng)，在嚴(yán)重的時(shí)候就會(huì)將管道振斷。(5)在投運(yùn)蒸汽管路的時(shí)候，預(yù)暖不充分，或是疏水門開啟過(guò)大，就會(huì)引起管道振動(dòng)的現(xiàn)象。

3、汽機(jī)管道振動(dòng)防范措施

(1)在工況變化之后，因其壓力降低的速度是比較快的，然而其溫度降低的速度也是比較慢的，在管道容易出現(xiàn)汽化的部位，應(yīng)該及時(shí)的進(jìn)行排空，來(lái)有效地防止發(fā)生振動(dòng)的情況。例如，在啟?；驒C(jī)組跳閘情況下，凝結(jié)水量大幅下降，就要考慮上述因素，及時(shí)對(duì)除氧器入口凝結(jié)水管進(jìn)行排空；在給水泵跳閘后，也要考慮上述因素，及時(shí)對(duì)給水泵入口管路進(jìn)行多次排空。

(2)啟動(dòng)時(shí)，高加要隨機(jī)組投運(yùn)。不能只看抽汽門指示燈由綠變紅，還要注意觀察抽汽門后溫度、高加疏水管溫度及高加水位，盡可能使高加抽汽門全開，高加正常疏水門自動(dòng)投入，使高加正常疏水，以便于高加水位及早建立。這樣在沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)過(guò)程中，即使有大量蒸汽進(jìn)入高加，也不會(huì)出現(xiàn)疏水管兩相流情況，從而避免疏水管道振動(dòng)，同時(shí)也可避免高加疏水管被沖刷影響設(shè)備壽命。

(3)防止產(chǎn)生激振力，減少管道上的彎頭、異徑管、閥門、附件等,以減少激發(fā)影響力。采取措施,降低壓力不均勻度。選用孔板時(shí),尺寸一定要合理,主要考慮兩項(xiàng)，開口比:d/D=0.43~0.50、厚度:H=3~5mm?

(4)蒸汽管道投運(yùn)前，一定要檢查相關(guān)疏水閥門，有疏水器的，要檢查疏水器前后手動(dòng)門是否開啟，確保疏水暢通。

（5）管道粘滯阻尼器解決管道振動(dòng)的原理。欲降低管路的振動(dòng)，關(guān)鍵是耗散掉其振動(dòng)的能量。管道粘滯阻尼器正是利用阻尼器腔內(nèi)的粘滯性高分子液體作為介質(zhì)，通過(guò)導(dǎo)向桿與管道連接，將管道振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)能迅速傳遞至高粘性液體，并轉(zhuǎn)化為熱能釋放，保證能量不會(huì)傳到往復(fù)壓縮機(jī)或者其他管道上，實(shí)現(xiàn)降低振動(dòng)的目的，同時(shí)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)沒有任何副作用。根據(jù)其獨(dú)特性能，再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際情況可以很方便的找出消振措施，并加以實(shí)施。

3.小結(jié)

總之，汽機(jī)管道系統(tǒng)復(fù)雜，在異常工況下常常出現(xiàn)管道振動(dòng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行安全，針對(duì)該問(wèn)題，從管道振動(dòng)的原因入手，制定相應(yīng)的防范措施，并嚴(yán)格執(zhí)行，以確保設(shè)備安全。

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