減壓閥后管道振動失效分析和應對方法

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430223)

氣體系統經過減壓裝置(如減壓閥、控制閥和孔板)時，會產生高頻率的聲學能量，它和壓差、流量成正比，高頻的聲學能量以聲波的形式在管道內傳播，激發出管道高階的振動模態，振動形式從梁振動模態轉化為殼體振動模態。這種類型振動由于頻率很高、振幅很小，不易觀察，但由于頻率很高，在管道連接的應力集中處產生高的動態應力水平，使連接處很容易達到疲勞極限，引發疲勞裂紋，形成泄漏，造成管道失效。我們稱這類振動為聲學誘導振動，英文為acoustically induced vibration(簡稱AIV)。管道在422HZ時的管道殼體振動模態見圖1，從中可以看出，在支管處的應力水平最大，并且管道的模態變形十分劇烈，階次很高。

圖1 管道殼體振動模態

1 管道殼體振動失效的相應國際標準

由于振動頻率過高，在高頻率處模態振型相對集中，避開共振模態的方法并不合適，故只能在降低其振動的聲學能量方面入手?，F代工業由于現場情況復雜，流量隨時變化，條件也各不相同，為了能得到相對準確的數據，工程師主要從各項案例中總結經驗公式并進行推廣應用。1982年，Carucci和 Mueller[1]在美國ASME標準上對這一振動疲勞問題進行了分析總結，歸納了36個減壓系統案例，其中，9個產生疲勞失效的案例，用A-H表示，其他未失效案例用數字1-27表示，計算出各案例聲學能量和管道直徑的關系，并定出疲勞的分界線，當高于這個標準時，管道易出現疲勞實效(見圖2)。由于工業界數據獲取困難，這成為以后工業標準的理論和實踐基礎?！?br>