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摘要：火电厂给水管道、蒸汽管道、疏水管道等汽水管道主要用于连接锅炉和汽轮机及其附属设备，是实现热能转换为机械能的重要部件，对于机组的安全稳定运行至关重要。在运行过程中，如果汽水管道发生异常振动，将可能导致管道自身及与阀门、集箱、联络管道、高中压主汽门等部件的连接部位疲劳损坏，甚至泄漏，严重影响机组的安全稳定运行，危及操作人员的生命安全。本文分别就汽水管道振动的原理、振动的测试和分析以及振动的抑制措施进行了分析和探讨。
关键词：火电厂；汽水管道；振动原因；抑制措施
一、汽水管道振动的原理
火电厂汽水管道的振动机理往往非常复杂，其原因主要有内部因素和外部因素两方面，内因主要是管道内部介质在运动过程中由于复杂作用力产生的机械振动，外部原因主要是系统设备的动力装置在运行过程中产生的机械振动。同时，管道系统的振动受系统内振动源、系统设计参数、设备安装情况以及实际运行状态等多方面因素共同影响。整个系统中的设备类型、管道的外形尺寸和安装走向情况、管道的外部支撑状况、实际运行情况和设计方案的误差等，都是影响管道系统振动的重要原因。在进行管道系统振动分析时，往往从以下三方面入手：
1、机械设备的动力平衡特性。和汽水管道相连的动力设备如泵类、汽轮机组等的运行，会引起设备自身的振动，一旦动力设备安装和设计不当，则很容易将设备的振动通过基础或连接件传递到管道系统，引起管道振动。
2、管道系统内部介质的运动状况。若管道系统的设计不合理，如频繁变换走向导致弯头过多，以及阀门、孔板等管件对介质的作用，瞬间改变介质的流动方向，在介质冲力的作用下引起管道振动；当介质在管道中运动时，一旦流速超过某一限定值时，也会造成管道的振动。因此管道设计中都会有相关规定，根据管道中介质的种类特性、实际应用情况、管道类型等因素，限制管道内介质的最大流动速度；另外管道中的两相流以及“水锤”也是造成管道振动的重要原因。
3、管道介质的脉动压力。管道中的介质的运动通常是通过泵类周期性的加压驱动完成的。由于加压的周期性，导致管道内介质的实际压力是周期性上下变化的，从而造成脉动压力的产生。管道系统受到脉动压力的影响，则也会形成周期性的振动，一旦管道的固定不牢固或减振措施不到位，很容易引起系统振动的逐渐加大。
二、振动的测试和分析
由于现场条件的制约，火电厂汽水管道系统振动评价通常采取电感测试和原因技术相结合的方式进行，从而准确的判别管道振动的主要原因并制定相应的抑制措施。
1、振动测试。采用测试手段可以很轻易的得到管道系统的振动参数，如管道的振动频率、振动的加速度以及振动的幅值。电测法是最常用的测试方法，振动的频率和幅值是可以通过测量直接获得的，通过计算可以得到所需要的其他系统参数。
2、振动原因分析。振动的原因分析是通过对现场实际情况的勘察，从而验证测试结果的准确性，并综合运行状况、安装情况以及设计原理等因素，得出引起振动的根本原因。
三、火电厂汽水管道振动原因分析
根据管道振动理论分析，管道、支吊架、阀门以及与之相连接的各种设备构成了一个复杂的机械结构系统，在存在激振力的情况下，该系统将产生振动。在火电厂中，汽水管道振动的激振力主要来自介质流动产生的复杂作用力。管道对激振力的响应程度受管道结构、安装布置、管道支撑与约束、实际运行工况和运行操作等因素影响。按照振动持续时间划分，火电厂汽水管道振动类型分为稳态振动和瞬态振动2种。引发汽水管道稳态振动和瞬态振动的常见原因有：管道固有频率低、管道输送介质压力变化、管道两相介质紊流、管道发生水击、机组运行方式安排不合理或运行人员操作不当引发管道振动、管道连接设备工作不正常造成管道振动、地震载荷或风载荷引发管道瞬态振动。其中，支吊架设计、安装、调整问题是造成管道固有频率低的最常见原因。
此外，为了保证管道具有良好的热胀补偿性能，火电厂汽水管道采用多吊架的柔性设计。该种设计形式致使管道的一阶固有频率较低，抗振性能下降。汽水管道支吊架设计不仅要满足强度条件，而且应满足一定的刚度条件。依据《DL/T5054—2016火力发电厂汽水管道设计技术规定》要求，管道的一阶固有频率应大于3.5Hz，即单跨管道按简支梁计算，其最大挠度值不应大于2.5mm。然而在工程实际应用中，由于设计变更、施工安装、载荷分配不合理以及长期运行损坏等原因，造成机组管道的应力分布不合理，刚度不符合要求，导致管道一阶固有频率不符合相关规程要求，成为管道振动的主要原因。
四、振动的抑制措施
1、激振力来源明确
在能够查明激振力来源的情况下，采取有效措施抑制或消除外界振源及管道自身激振力，可从根源上消除管道振动问题。
（1）若与管道连接的往复泵周期性转动引起管道随泵周期性振动，或弯头、三通、调整阀门、节流孔等与管道紧密连接的管件布置不合理，也将导致介质压力变化而产生激振力。上述问题可通过优化布置管件来解决。
（2）若由于机组运行方式或运行人员操作不当引起的管道瞬态振动，如快速关闭和打开阀门引发的水锤、汽锤，通过调整运行方式、操作方式和次序，可彻底解决上述振动问题。
2、激振力来源不明或激振力无法减小
在不能够查明激振力来源或无法减小激振力的情况下，可以通过改变管道自身特性，即从结构研究的角度来降低管道对激振力的响应程度。解决该类型管道振动的常见措施有：改变管道的固有频率，从而避免共振现象的发生，降低管道对激振力的响应程度，减小管道振动；安装吸振装置，通过吸振装置的反作用力抵消部分振动能量，减少了振动能量在管道上的分配，常用的吸振装置有动力减振器、摆式吸振器等；安装阻振阻尼器，通过消耗能量使响应程度降低；也可采用外加阻尼材料的方法来适当增加系统的阻尼，利用阻尼来消耗振动的能量。
图1为火电厂汽水管道常用的阻振装置。
结束语
火电厂汽水管道振动的治理是一项技术性很强的工作，由于现场情况复杂多变，导致管道振动的影响因素复杂多变。相对机械设备的振动分析，管道的振动原因分析要更加复杂，难度也更大。要从错综复杂的因素中寻找正确的振动原因，简单的测试手段和分析方法往往是不够的，需要通过测试和分析，综合考虑各种因素，逐一进行排除，并对结果进行实际验证，才能最终得到影响振动的最主要因素，从而提出最行之有效的解决措施，从根本上消除管道设备的振动问题，确保火电厂正常生产的可靠性。
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论文作者:薛鹭成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/21
标签：管道论文; 汽水论文; 火电厂论文; 介质论文; 系统论文; 原因论文; 机组论文; 《电力设备》2018年第4期论文;