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(huán)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(huán)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(nèi)壁的沖擊壓力并導入至結(jié)構(gòu)力學模塊進行二次分析，再將分析數(shù)據(jù)傳遞至模態(tài)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(jié)合實驗測試結(jié)果分析再循環(huán)管道振動的原因和振型最大點位置分布規(guī)律，并提出相應的支吊架調(diào)整干預方案，調(diào)整后管系各階固有頻率有所上升，管系振動明顯好轉(zhuǎn)，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(huán)管道振動的監(jiān)測和控制有參考價值。

關(guān)鍵詞：給水再循環(huán)；管道振動；模態(tài)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(huán)管道具有管系長度大、彎頭、閥門、支吊架等零部件多、結(jié)構(gòu)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(tǒng)運行中極為常見的現(xiàn)象[1-4]。而隨著我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，新建電廠機組容量和參數(shù)大大提高，管道內(nèi)工質(zhì)參數(shù)的改變及熱力系統(tǒng)復雜程度的提高，致使電廠給水再循環(huán)管道振動程度進一步加劇[1]，電廠汽水管道振動問題已經(jīng)成為當今電力行業(yè)內(nèi)亟待解決的問題[1]。

由于給水再循環(huán)管道系統(tǒng)屬于一種自激振動系統(tǒng)，即使在沒有外界載荷影響的情況下，系統(tǒng)本身也可能發(fā)生振動。研究表明，給水泵轉(zhuǎn)速[2]、水泵葉片數(shù)[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(zhì)參數(shù)[4]、管道壁厚及管徑[7]等多種因素均會對管道的振動產(chǎn)生影響。這是由于給水再循環(huán)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(tǒng)剛度、質(zhì)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(shù)相對穩(wěn)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(shù)問題是分析得到管水流固耦合體系的固有頻率、振型等關(guān)鍵動特性參數(shù)[8-9]。

鑒于此，本文針對某電廠2號機組給水再循環(huán)管道系統(tǒng)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(jié)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(chǔ)上給出相對應的干預措施對管道系統(tǒng)振動進行抑制。

4 結(jié)束語

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

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

2）給水再循環(huán)管系是一個多自由度自激振動系統(tǒng)，多個區(qū)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??；

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(qū)域有針對性地增設(shè)支吊架和調(diào)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。

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（編輯：劉楊）