火電廠給水再循環管道振動分析與控制

金紅偉 劉學 何玉靈 唐貴基 高運

摘 要：針對某火電廠給水再循環管道振動的原因和集中位置進行分析并提出相應的控制方案。首先建立再循環管道和水流的實體模型、支吊架簡化模型并進行裝配，然后導入至ANSYS中進行CFX流體分析，得到水流作用于管道內壁的沖擊壓力并導入至結構力學模塊進行二次分析，再將分析數據傳遞至模態分析模塊進行運算，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，最后結合實驗測試結果分析再循環管道振動的原因和振型最大點位置分布規律，并提出相應的支吊架調整干預方案，調整后管系各階固有頻率有所上升，管系振動明顯好轉，表明所提控制方案可行、有效。該文工作對于火電廠給水再循環管道振動的監測和控制有參考價值。

關鍵詞：給水再循環；管道振動；模態分析；振動控制

文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2016）09-0105-07

0 引 言

火電廠中的給水再循環管道具有管系長度大、彎頭、閥門、支吊架等零部件多、結構相對復雜、流體沖擊響應明顯等特點。因此，管道振動是電廠汽水系統運行中極為常見的現象[1-4]。而隨著我國電力工業的迅猛發展，新建電廠機組容量和參數大大提高，管道內工質參數的改變及熱力系統復雜程度的提高，致使電廠給水再循環管道振動程度進一步加劇[1]，電廠汽水管道振動問題已經成為當今電力行業內亟待解決的問題[1]。

由于給水再循環管道系統屬于一種自激振動系統，即使在沒有外界載荷影響的情況下，系統本身也可能發生振動。研究表明，給水泵轉速[2]、水泵葉片數[2]、彎頭角度[3]、水泵蝸舌與葉輪相對位置[2]、支吊架性能及布置方式[4-6]、工質參數[4]、管道壁厚及管徑[7]等多種因素均會對管道的振動產生影響。這是由于給水再循環管系振動是一個流固耦合作用問題，所有能影響管系-吊架系統剛度、質量、流體沖擊力的因素都會對管系振動造成影響。在外部工況和工作參數相對穩定的情況下，掌握管系振動特性并對其進行干預控制的核心技術問題是分析得到管水流固耦合體系的固有頻率、振型等關鍵動特性參數[8-9]。

鑒于此，本文針對某電廠2號機組給水再循環管道系統的振動情況，通過建立詳細的管道-支吊架-水流體系分析模型對其固有頻率和振型進行求解，并結合水流激振脈動特性剖析管系振動的原因和相對集中的危險位置，在此基礎上給出相對應的干預措施對管道系統振動進行抑制。

4 結束語

本文通過模態分析和實驗測試對某電廠給水再循環管道的振動原因和控制方案進行了分析，得出以下結論：

1）流固耦合作用下，當水泵每秒轉速與葉片數的乘積和管系的某一階固有頻率相同或相近時，管系易產生較大的振動；

2）給水再循環管系是一個多自由度自激振動系統，多個區域在兩個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小；

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

4）在剛度較小區域有針對性地增設支吊架和調整吊架的裝配方式，對未完全固定的自由度進行補充約束，能夠有效減小和控制管道振動。

參考文獻

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（編輯：劉楊）