某發電廠動力管道振動問題的分析及減振治理

趙卉

摘 要：針對某發電廠的低壓給水管系的振動進行了檢查和測量。振動給機組的安全運行帶來了隱患。通過測量和分析，發現其原因為管系約束不夠、管系剛度不足產生的受迫振動。通過振動計算分析和測量掌握了主低壓給水管系的振動特性，結合管道實際情況制定了以加強管系約束、增大管系剛度的振動治理方案。治理后管道振動顯著降低，治理效果明顯。

關鍵詞：管系振動；應力分析；固定頻率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.157

1 前言

某發電廠5號爐是1986年投運的超高壓機組。工作壓力：180kg/cm2（17.64MPa），溫度240℃。管材為：st45.8鋼，主蒸汽管規格為：Ф355.6×36mm。主給水管道的振動在機組運行時十分明顯，隨工況變化振幅發生變化較大。尤其在個別負荷及其相應的給水流量情況下，振動更加強烈。

在給水流量等因素變化的情況下，低壓給水管中流場的變化、波動，會在管線或管徑變化處產生流體擾動，這種擾動可激起低壓給水管系的振動。在某些特定給水流量等條件下，液體擾動較強烈或與低壓給水管的振動耦合較大，從而使低壓給水管在某些特定工況下強烈振動。由于流體擾動的復雜性和不穩定性，除壓力脈動情況外，其對管道的激勵一般有著隨機和寬頻帶的特點，系統剛度越小，一般其響應的振動幅度越大。由于管道上產生的動應力與振動位移幅度直接相關，管道較低頻率的振動危害主要表現在管道的振動位移幅度上。

2 管道振動固有特性計算與分析

為了解低壓給水管系的振動固有特性，為治理振動提供參考，采用有限元方法對治理前的低壓給水管系振動固有特性進行了計算。管系前8階固有頻率見表1。振型計算顯示，管道的低階模態以給水管平面（XZ平面）內和垂直平面的一階彎曲為主，這與現場觀察到的結果一致。

3 振動原因分析及治理

管系振動的最大位置在管道計算部分的中部，測量該點在管道平面內的振動位移。測量結果表明，管道的低頻振動以0.4-0.6Hz頻率的振動為主，振幅為最大為12-16mm。

管系剛度不足，易產生受迫振動；管道內流速較大，也容易產生激振。因此綜合考慮，管系振動的原因為管系剛度不足，在管內流體激擾下產生的共振現象。

根據現場觀察、振動固有特性計算分析和振動實際測量結果分析，認為管系的振動以管道平面內的第一階彎曲振動為主。振動治理的手段應是增大管系的彎曲剛度，限制在管道平面內的位移。

結合實際情況，利用管道附近的立柱，在測量點處加一個固定支座約束。從而加強了管道的剛度，改變了系統的固有頻率。

對改造后的管道模型進行模態分析，得到表2所示的前8階固有頻率。

該治理措施在滿足改變系統剛度從而改變管系固有頻率的目的同時，考慮到了實際操作的簡單，沒有改變管系設計的管線布局，只是加了一處固定支座，避免了大幅度改動管道布置可能導致其他安全隱患的問題。

機組正常運行后，發現管系有輕微視覺可觀察到的微弱振動外，無其它任何異常現象。機組運行幾個月后，管系保溫亦無受振動松動開裂現象，管系在各工況下，均無可明顯觀測到的振動現象。管系最大振動位移峰值由治理前的最大12-16mm左右減小到0.2mm以下，治理效果明顯。

參考文獻：

[1]王秋穎.輸液管道壓力脈動分析[J].設備與技，2007（8）：48-51.

[2]王樂勤，何秋良.管道系統振動分析與工程應用[J].流體機械，20 02，20（10）：28-33.

[3]劉炳全.汽水管道振動診斷與評價研究[J].內蒙古科技與經濟，2008（173）：62-65.

[4]楊光明，鄭圣義，夏仕鋒.水電站壓力鋼管安全監測與評估研究[J].水力發電學報，2005，24（05）：65-70.

[5]胡躍華，錢文臣.管系振動問題的分析及消振處理措施[J].石油化工設計，2008，25（01）：22-26.endprint