火電廠給水再循環(huán)管道振動(dòng)分析與控制

金紅偉 劉學(xué) 何玉靈 唐貴基 高運(yùn)

摘 要：針對(duì)某火電廠給水再循環(huán)管道振動(dòng)的原因和集中位置進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的控制方案。首先建立再循環(huán)管道和水流的實(shí)體模型、支吊架簡(jiǎn)化模型并進(jìn)行裝配，然后導(dǎo)入至ANSYS中進(jìn)行CFX流體分析，得到水流作用于管道內(nèi)壁的沖擊壓力并導(dǎo)入至結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊進(jìn)行二次分析，再將分析數(shù)據(jù)傳遞至模態(tài)分析模塊進(jìn)行運(yùn)算，得到流固耦合作用下管系前50階的固有頻率和前6階振型，最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果分析再循環(huán)管道振動(dòng)的原因和振型最大點(diǎn)位置分布規(guī)律，并提出相應(yīng)的支吊架調(diào)整干預(yù)方案，調(diào)整后管系各階固有頻率有所上升，管系振動(dòng)明顯好轉(zhuǎn)，表明所提控制方案可行、有效。該文工作對(duì)于火電廠給水再循環(huán)管道振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和控制有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：給水再循環(huán)；管道振動(dòng)；模態(tài)分析；振動(dòng)控制

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2016）09-0105-07

0 引 言

火電廠中的給水再循環(huán)管道具有管系長(zhǎng)度大、彎頭、閥門、支吊架等零部件多、結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、流體沖擊響應(yīng)明顯等特點(diǎn)。因此，管道振動(dòng)是電廠汽水系統(tǒng)運(yùn)行中極為常見的現(xiàn)象[1-4]。而隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，新建電廠機(jī)組容量和參數(shù)大大提高，管道內(nèi)工質(zhì)參數(shù)的改變及熱力系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，致使電廠給水再循環(huán)管道振動(dòng)程度進(jìn)一步加劇[1]，電廠汽水管道振動(dòng)問題已經(jīng)成為當(dāng)今電力行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題[1]。

由于給水再循環(huán)管道系統(tǒng)屬于一種自激振動(dòng)系統(tǒng)，即使在沒有外界載荷影響的情況下，系統(tǒng)本身也可能發(fā)生振動(dòng)。研究表明，給水泵轉(zhuǎn)速[2]、水泵葉片數(shù)[2]、彎頭角度[3]、水泵蝸舌與葉輪相對(duì)位置[2]、支吊架性能及布置方式[4-6]、工質(zhì)參數(shù)[4]、管道壁厚及管徑[7]等多種因素均會(huì)對(duì)管道的振動(dòng)產(chǎn)生影響。這是由于給水再循環(huán)管系振動(dòng)是一個(gè)流固耦合作用問題，所有能影響管系-吊架系統(tǒng)剛度、質(zhì)量、流體沖擊力的因素都會(huì)對(duì)管系振動(dòng)造成影響。在外部工況和工作參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定的情況下，掌握管系振動(dòng)特性并對(duì)其進(jìn)行干預(yù)控制的核心技術(shù)問題是分析得到管水流固耦合體系的固有頻率、振型等關(guān)鍵動(dòng)特性參數(shù)[8-9]。

鑒于此，本文針對(duì)某電廠2號(hào)機(jī)組給水再循環(huán)管道系統(tǒng)的振動(dòng)情況，通過建立詳細(xì)的管道-支吊架-水流體系分析模型對(duì)其固有頻率和振型進(jìn)行求解，并結(jié)合水流激振脈動(dòng)特性剖析管系振動(dòng)的原因和相對(duì)集中的危險(xiǎn)位置，在此基礎(chǔ)上給出相對(duì)應(yīng)的干預(yù)措施對(duì)管道系統(tǒng)振動(dòng)進(jìn)行抑制。

4 結(jié)束語

本文通過模態(tài)分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)某電廠給水再循環(huán)管道的振動(dòng)原因和控制方案進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：

1）流固耦合作用下，當(dāng)水泵每秒轉(zhuǎn)速與葉片數(shù)的乘積和管系的某一階固有頻率相同或相近時(shí)，管系易產(chǎn)生較大的振動(dòng)；

2）給水再循環(huán)管系是一個(gè)多自由度自激振動(dòng)系統(tǒng)，多個(gè)區(qū)域在兩個(gè)方向上的支撐剛度相近，使其相鄰兩階固有頻率之間差值較??；

3）管系的振型最大點(diǎn)位置多處于兩個(gè)固定約束之間靠近中間部位、有較長(zhǎng)直管連接處，這些位置處的振動(dòng)變形方向大多沿X向或Y向這兩個(gè)支撐剛度較弱的方向；

4）在剛度較小區(qū)域有針對(duì)性地增設(shè)支吊架和調(diào)整吊架的裝配方式，對(duì)未完全固定的自由度進(jìn)行補(bǔ)充約束，能夠有效減小和控制管道振動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 譚平，付行軍，王斌，等. 電廠輸水管系振動(dòng)分析[J]. 汽輪機(jī)技術(shù)，2004，42（2）：110-112.

[2] 袁壽其，吳登昊，任蕓，等. 不同葉片數(shù)下管道泵內(nèi)部流動(dòng)及振動(dòng)特性的數(shù)值與試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，

49（20）：115-122.

[3] 付永領(lǐng)，荊慧強(qiáng). 彎管轉(zhuǎn)角對(duì)液壓管道振動(dòng)特性影響分析[J]. 振動(dòng)與沖擊，2013，32（13）：165-169.

[4] 鄭廣慶，邢景偉，趙星海，等. 火電廠汽水管道振動(dòng)的分析及解決方法[J]. 黑龍江電力，2012，35（5）：387-390.

[5] 仇云林，許恒，唐璐. 熱電廠給水再循環(huán)管道振動(dòng)原因分析及治理[J]. 廣西電力，2011，34（2）：41-42.

[6] 王樹帥，唐璐. 1 000 MW汽輪發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水管道振動(dòng)原因分析與處理[J]. 浙江電力，2014（1）：30-33.

[7] 張杰. 基于多物理場(chǎng)的管道強(qiáng)度與模態(tài)分析（三）管道的流固耦合模態(tài)分析[J]. CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2014（4）：71-73.

[8] 陳福江，陳盛廣，王軍民. 某135 MW機(jī)組主蒸汽管道振動(dòng)原因分析與對(duì)策[J]. 陜西電力，2012（3）：80-82.

[9] 康豫軍，衛(wèi)大為，安慧，等. 發(fā)電機(jī)組汽水管道振動(dòng)特征及其治理[J]. 熱力發(fā)電，2012（6）：62-68.

[10] 馮衛(wèi)民，宋立，肖光宇. 基于ADINA的壓力管道流固耦合分析[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2009，42（2）：264-267.

[11] 裴吉. 離心泵瞬態(tài)水力激振流固耦合機(jī)理及流動(dòng)非定常強(qiáng)度研究[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2013.

[12] 孫梁，劉榮梅，姚恩濤. 基于ANSYS LS-DYNA模擬敲擊聲振法檢測(cè)葉片脫層[J]. 國外電子測(cè)量技術(shù)，2014，33（12）：65-68，81.

（編輯：劉楊）