基于有限元的射水抽气器动特性分析

于 抽 气 器在 工作 时将 振 动 维 持在 一个 较小 的范 围 内； 射水 抽 气 器 前 ６阶振 型 的 变形 方 向各 不 相 同， 随 着 阶 数 的增 大 ， 其振 型 变形 情 况 愈 加 复 杂 。
关 键 词 ： 射水 抽 气器 ；有 限 元 ；模 态分 析 ；固 有 频 率 ；振 型
收 稿 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ 一 ｌ １ ；修 回 日期 ：２ （ ） ｌ ２ — ０ ｛ ］ 一 ３ Ｏ 作 者 简 介 ：谢 民 （ １ ９ ８ ， １ 一 ） ，
射水 抽气器采用 螺栓 通过 固定板上 的安装 孔进行 固定 。本 文计算 时对于射 水抽气 器 固定 等效处 理方法 为： 选 中 对 应 固定 部 位 的 螺 栓 安 装 孔 所 在 面 （ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ￣ａ ｒ ｅ ａ ，ｂ ｙ ｈ ｕ ｍ／ ｐ ｉ ｃ ｋ ） ， 然 后 选 中安 装 孑 Ｌ 上 的 所有节 点（ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ￣ｎ ｏ ｄ ｅ ｓ ， ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｈ ｅ ｄ ｔ ｏ ， ａ ｒ ｅ ａ ） ， 最后约束 沿 Ｘ方 向 、 ｙ方 向 、 方 向平 动 以及绕 轴 、 ｙ轴 及 Ｚ 轴 转 动 的 ６个 自 由 度 （ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ＞ｌ ｏ ａ ｄ ＞
基 于 有 限元 的射水 抽 气器 动特 性 分 析
谢 晋 民 ，蒋宏春
（ １ ．深 能合 和 电力 （ 河源 ）有 限公 司 ，广 东 河 源 ５ １ ７ ０ ２ ５ ；２ ． 华 北 电 力大 学 机 械 工程 系 ，河 北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ３ ）
摘 要 ： 对 汽轮 机 用 射 水 抽 气器 动特 性 进 行 了有 限 元分 析计 算 ，得 到 了抽 气器 的前 ６阶 固有 频 率 及 振 型 。 以及 各 阶 振 型 下 的 变形 方 式 。分 析表 明 ，射 水 抽 气 器 的 前 ６阶 固有 频率 远 低 于水 泵等 激 振 源 的 激 振 频 率 。 这 有 利
第 １期 （ 总第 １ ７ ６期 ）
２ ０ １ ３年 ２ 月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ． ＡＵＴ（ ） ＭＡＴＩ ＯＮ
Ｎｏ ．１
Ｆ ｅ ｂ ．
文 章 编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ６ ２ — ０ ２
所用 的长喉管射 水抽气 器 。采 用通用 Ｃ ＡＤ软件 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ
图 １ 射 水 抽 气 器 三 维 模 型
图 ２ 射 水 抽 气 器 有 限 元 模型
２ 动 特 性 分 析
２ ． １ 约 束 施 加
Ｅ ｄ ｇ ｅ Ｖ２ ０进行建 立 。先 分 别建 立 工作 喷 嘴 、 混合室、 喉管等组 成构件 ， 最后 进行整体 装 配 ， 得 到的射水抽 气 器三维模 型如 图 １ 所示 。 模 型导入后 ， 在进 行 动 特性 分 析 前需 要 对模 型进 行 如下前 处理 ： ① 由于抽 气 器是 通 过 将若 干 个 体模 型 进 行装 配得到 的整体 ， 故 应 先对 所 有 的 体进 行 布尔 加 操作， 形 成一个 总的体 模型 ； ② 选取 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ １ ８ ６单 元 ， 该
．ｔ ｌ ｔ 两 ｛ 泉人 ，助 理 Ｉ ： 程 师 ，本 科 ， 主 要从 事 电 厂设 备 运行 与检 测 疗 缸 的 ｌ ： 作
பைடு நூலகம்
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机 械 工 程 与 自 动 化
２ Ｏ ｌ ３年 第 １期
处达 到最 大振 幅 １ ． ０ １ ｌ ×１ ０ ｍ； 尾梁管节点 ８ ７ ９ ７ ４ 的 Ｘ 向响应 比 ｙ 向小 一个 数 量级 ， 这 与 Ｘ 向的 刚 度 大 于 ｙ 向刚度 有关 ， 而 ｙ 向的响应 比 Ｚ 向的 响应 也小 个 数量级 ， 这 与 Ｚ向 的初 始应 力 有 关 ； 从图 ３ （ ａ ） 中
型为２ ． １ ｘ１ ０ ｕ Ｐ ａ ， 泊 松 比为 ０ ． ３ ， 密 度 为７ ８ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ； ③ 采用 智 能剖 分 ， 剖分 精 度 为 ８ 。最 终 剖分 得 到 的抽 气 器有 限元 模型如 图 ２所示 。
抽气 器的结构设 计方法 ； 文献 Ｕ － ４ ， ５ ］ 则 分 别分析 了喉管 长度 、 喉管数量 、 喷嘴 位置等 因素对抽 气 器工作 效率 的 影响； 文献 ［ ６ ］ 分 析 研 究 了射 水 抽 气 器 发 生蚀 损 的机 理， 并 提供 了一 些 防止 蚀 损 的 经 验 和 技 术 措 施 ； 文献 Ｅ Ｔ ］ 针 对 国产 大型机 组抽气器 的振 动 问题 ， 提 出了一种 在凝 汽器与抽 气器 之间 的抽 气管 路加装 冷却 器来实现 将水 蒸汽从 气 一汽混 合物 中凝结 并疏 出的方法 。 以上文献 为射水 抽 气 器 的设 计 、 制 造及 改进 提供 了厚实 的基 础 ， 但这 些文献 都没 有考 虑抽气 器的模态 、 振 型等动 特性 ， 作 为补充 ， 本文将 采用 有 限元 方法分 析 射 水抽气 器的各 阶固有 频率与振 型 。 １ 射水抽 气器模 型的建 立与处 理 本文 的 建模 对 象 为 某 电 厂 ３ ０ ０ Ｍｗ 机 组 汽轮 机
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｋ２ ６ ４ ． １ ４： ＴＢ １ １ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
单元 为含有 ２ Ｏ个节 点的砖形 单元 ， 定义材 料 的弹性模
射水抽 气器 是一 种 用水 射 流来 抽 吸 气体 的装 置 ， 广泛应用 于较大 的汽 轮机 中 ， 其 将 漏人 凝 汽 器 的空气 不断地抽 出 ， 以维 持凝 汽器 中的正常 真空 。 文献 ［ １ ］ 通过 对射 水 抽气 器 最 大抽 吸气 量 的计 算 发现喉 管 内液气 两相混 合 的位 置和流 动状 态是影 响最 大吸气 流量 的重 要 因素 ； 文献 ［ ２ ， ３ ］ 探 讨 了长喉 管射水