浅谈火电厂汽水管道几种典型的振动..

浅谈火电厂汽水管道几种典型的振动类型摘要：介绍了电厂汽水管道几种常见的振动，分析了其原因，总结了预防和处理办法。(6 未加)

关键词:电厂；汽水管道；振动．

1、前言

汽水管道振动是是电厂运行中的一种常见的现象，振动的存在不仅会降低管道和设备的使用寿命，而且振动导致的管路泄漏或断裂会危及到设备的使用安全性，甚至造成机组非停或人身伤亡等事故。在解决管道振动问题时，首先应该分析清楚管道振动的原因，再根据实际情况进行管系的布置修正和加固。

2、振动的现象

电厂汽水管道振动非常普遍，主要表现为管路及其支吊架的摆动并伴有“碰碰”的噪声，振动的时间多发生在启停机和变工况的时刻，振动地点多发生在主蒸汽管道、高低加之间正常疏水和危急疏水管路、水泵的出入口管路及再循环管路，高温高压容器或主蒸汽管道的有压放水母管等管路。

3、振动的原因

根据管道振动的理论分析，管道及其支架和与

之相连接的各种设备或装置构成了一个复杂的机械

结构系统，在有激振力的情况下，这个系统就会产生

振动。研究管道振动，要从两方面考虑：一个是减

小激振力，从根源上消除振动l2 ；另一个是改变管道

结构，即从结构研究的角度来降低管系对外界激振

力的响应。

2．1 激振力

动力管道的激振力有来自系统自身和系统外两

大类，其中前者是管道振动的主要诱因。来自系统

自身的激振力主要是管道内部流体的不稳定流动引

起的振动，来自系统外的激振力主要是与管道相连

接的机器、设备、平台等的振动和风载荷、地震载荷

等。工程中引起激振力的常见因素有：

a．管流脉动引起的振动。管道输液(气)需通

过泵或压缩机加压作为动力，这种加压方式是间隙

性的，由于间隙加压，管道内的压力在平均值的上下

脉动(或称波动)，即产生压力脉动，管流处于脉动

状态。脉动状态的流体遇到弯管头、异径管、控制

阀、节流孔板、盲板等管道元件，产生随时问变化的

激振力，使管道及其附属设备产生振动。

b．液击振动。在输送液体的管道中，由于生

产过程的调节，有时需要突然启、停阀门、水泵和水

轮机，这时管道内液体的速度会突然发生变化，液体

速度的变化使液体的动量改变，反映在管道内的压

强迅速上升或下降，并伴有液体锤击的声音，这种现象称为液击，也叫做水锤或水击。液击造成管道内

压力的变化很大，严重时可使管子爆裂，迅速降压而

形成负压，使管子失稳。液击还经常导致管道振动，

发出噪音，严重影响管道系统的正常运行。

C．管道内流体流速过快，因而流体与管道边界

层分离而产生湍流，引起振动。

2．2 管系

管系是连续弹性体，当管系的固有频率与激振

力的频率接近时会发生共振现象，使系统振动大大

加强。对于简单管系的结构固有频率的计算，理论

力学有较详细的介绍。一个复杂的管系在工程上大

都用有限元法计算，将管系分成若干个单元，一般

将一段直管作为一个管单元，弯管处理成弯管单元

或若干根截面与弯管相等的直管组成的折线代替；

法兰和阀门作为集中质量来考虑。

理论上讲汽水管道振动的分析，就是研究管道系统的外

界激扰力、管系响应及管系自身振动特性的3个方面。某一管路振动的原因可能只是单一的，但也有可能是多种因素综合的结果，常见的振动因素主要有以下几种。根据管道振动的理论分析，管道及其支架和与之相连接的

各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统，在有激振力

的情况下，这个系统就会产生振动。研究管道振动时，要遇到 2

个振动系统：一个是管道结构系统，即从结构研究的角度来确

定结构对流体激发的响应；另一个是流体系统，即从流体研究

的角度来确定流动的规律和它对结构的激发作用l2J。

压力管道的激振力可分为来自系统自身和系统外2大类。

来自系统自身的主要有与管道直接相连接的机器、设备的振动

和管道内部流体的不稳定流动引起的振动；来自系统外的有风载荷、地震载荷等，其中前者是管道振动的主要诱冈。振动对

压力管道来讲是一种交变动载荷，其危害程度取决激振力的大

小和管道自身的抗振性能。其主要的影响因素如下：

3．1 机械振动当管道与相连的工艺设备或机械设备发生振

动时，传递到管系上引发的管道机械振动。旋转机械的转动部分由于制造误差、材料的不均匀性以及运动中遭受不均匀侵蚀或损伤，它的重心就会偏离轴线。转予的重心的偏离使其在旋转时产生一个不断变换的惯性力，这种惯性力就是引起旋转机械振动的主要周期性激振力。此外，由于轴承座在水平方向和垂直方向的刚度不同；轴承的刚度具有非对称性的弹性特性。

3.1、管路的选型不对

3..1.1 高速流引起的振动

管道内流体流速过快，因而流体边界层分离而产生湍流，引起振动。

湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破

坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。

流体作湍流时，阻力大流量小，能量耗损增加。实验证明，能量耗损E与速度的关系为

当流体流经减压阀、安全阀、喷嘴或其它节流，流体的流速急剧增加而达到了或接近临界，由此出现不稳定的流动状态，管道系统会产生强烈的振动，还发出噪声。

(1)由蒸汽管系频谱分析知管道的振动是由受迫振动引起的，且振源位于截止阀附近．分析蒸汽管系结构可以发现，蒸汽在高速流经截止阀及其后弯头时所形成的涡流引起蒸汽的脉动，是导致管系振动的主要原因．蒸汽流过截止阀后虽然不改变流向，但在流经截止阀内部时，由于阀内的弯头及阀杆的作用使蒸汽的流向变为高进低出，蒸汽的压力也由于弯头及阀杆的节流作用，相应经历由高到低的变化，流向与压力的不断变化，使蒸汽在截止阀后及弯管处引发涡流并形成脉动造成管系振动．这也是该电厂蒸汽管道振动的主要原因．(2)现场观察发现，由于主蒸汽管道改造，管系原弹簧支吊荷载分配被破坏，载荷分配不均使弹簧支吊架失去减振作用甚至促使了振动的形成与加剧；

(3)改造后的管系刚度不足，尤其管道截止阀处上下位移没有固定，管道易产生受迫振动；

(4)主蒸汽管道内蒸汽流速较大(57 m／s左右)超过了设计的标准值(40 m／s)，也容易产生激振．

成管道系统振动的原因。通常情况下分析管道系统振动的原因，主要从以下三个方面考虑：2．2．1 机械系统的动力平衡性。与管道系统相连的转动设备(比如气轮机组、泵等)的平衡力过大，将引起设备本身的振动，如果基础设施设计不当，转机的振动将通过基础或其他设施传递给管道，牵连管道振动。

2．2．2 管道内部流体流动状况。管道系统布置的不和理情况(比如弯头过多、频繁改变走向)以及管件(比如阀门、孔板)对流体的作用，使介质流场突然改变，会导致管道振动；当流在管道中流动时，若流速过大并超过某一允许流速时，也可能引起管道振动。所以在管道的设计规定中，一般都会根据管道输送的流