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摘要：本文通过分析引起电厂汽水管道振动的原因，利用CAESAR II软件的动态分析模块，对管道的一阶固有频率进行优化，提高管系的刚度，有效避开低频激振频率，该方法对防止汽水管道的振动具有显著效果。
关键词：汽水管道；振动
1电厂管系振动原因分析
振动对电厂管道来讲是一种呈周期性变化的往复运动，产生的危害程度取决于激振力的大小和管道自身的抗振性能。引起振动的自身因素主要由以下几点：
1）管道内部流体脉动引起的振动。处于脉动状态的流体流经弯头、异径管、阀门（尤其是调节阀等改变介质参数的元件）等管道元件时将产生激振力，管道在激振力的作用下会产生振动，典型代表管道有给水再循环管道和凝结水再循环管道。
2）泵等转动设备引起的振动。当泵等转动设备发生振动时，振动力传递到与之相连接的管道上，使管道发生振动。高压给水管道和凝结水管道中与泵连接的管段尤其需要注意。
3）管内流体流速过快。当流体流经减压阀、安全阀等元件时，流体流速将急剧上升，此时工质会对泄放元件和管道产生反力，由于排汽的不稳定性，产生的反力也不稳定，从而引起管道振动；当管径设计偏小时，管内流动流速将随之增大，当达到一定程度时，流体发生湍流，引起管道振动。
4）水（汽）锤引起的振动。水（汽）锤发生时，管内压力变化很大，严重时可能致使管道发生晃动。当水（汽）锤波的频率与管道的某一阶固有频率接近或者发生重叠，将会导致管系共振。典型管道为主蒸汽管道，再热热段管道和高压给水管道。
2电厂管道振动的防止措施
2.1 消减管系的激扰力
对于机械振动，一方面从机械设计制造、安装、运行等方面采取措施，可以将机械振动减小到最低程度；另一方面可在管道与机械设备接口之间装设柔性接头，这样可使管道与机械振动隔离，减少机械振动对管道的影响。
对于汽、液两相流引起的振动，尽量将产生两相流的节流减压阀件布置在下一级设备处，以缩短两相流的流程；节流减压阀采用消能防气蚀的结构。
对于高速流引起的振动，应在可能的条件下适当的降低阀后管道的流速。
对于主蒸汽、再热蒸汽管道，为了防止汽锤、地震力、风荷载引起的振动，可通过合理的设置阻尼器，减少上述偶然荷载对管系的破坏能力。
2.2 提高管系的固有频率
多数情况下，电厂管系的振动是由于激振力与管系的低阶频率发生重叠或管道自身固有频率过低，所以提高管道的固有频率是防止管道低频振动的有效方法。
影响管系固有频率的因素有以下几种：
流体流速。流速越高，管道的刚度越小，固有频率也随之降低。当流速继续增加达到临界流速时，管道会失稳。《电厂动力管道设计规范GB 50764-2012》对汽水管道介质推荐流速有明确的要求，因此，电厂中除安全阀排汽、疏水管道以外的汽水管道振动一般不是流速过高引起。对于安全阀排汽管道，安全阀排放会产生排汽反力，设计中采用设置滑动、导向和固定支架的形式来避免管道振动。
2）管道的径长比越小，管道的固有频率越小，管道的长度越长，从理论上讲管道越容易失稳。提高管系刚度最节约成本且有效的方法是，尽可能缩短管线、减少弯头（弯管）数量，但是，受设备布置和主厂房结构的限制，该方法的实施具有局限性。
3）提高管道固有频率的最有效途径是改变管道支吊架的设置。但该方法利弊共存，在提高管道固有频率的同时，会使管道其他特性变化。例如：管道的柔性减小、管道应力增加，甚至会使得管道接口的力和力矩超出设备允许值。
3某工程的计算实例
某600MW工程的高加疏水管道应用CAESAR II软件进行动态分析，通过控制管道的一阶固有频率，使管道避开低频率的激振源的影响，从而降低管道振动的几率。
水管道的流速一般在4m/s以下，激振频率小于3Hz，因此，假如管道的一阶固有频率大于3Hz，将能完全避免管道振动的可能性。在实际工程中，受各设备的相对空间距离、支吊架形式、生根面的选择等因素的限制，我们很难保证管道的一阶固有频率在3Hz以上。只有通过合理的设置限位、导向或固定支架，尽量提高管道的一阶固有频率。
该工程高加疏水管道布置首先满足了调节阀后管道短而直，为防止管道冲刷，阀后管道选用合金钢材质，第一个弯头用三通替代，并将管径放大一档，尽可能的设置滑动或导向支架。通过反复的静态和动态分析，调整支吊架设置，最终得出较理想的计算结果。
表1为各高加疏水管道在是否增加限位支吊架的条件下，管道一阶固有频率和接口推力和推力矩的比较。
注：以上计算结果中，管道接口推力和推力矩均满足厂家要求。
通过合理设置约束性支吊架，管系的一阶固有频率具有明显的提升，但是接口的推力和推力矩并没有全部大幅增大。事实证明，通过CAESAR II软件的动态分析模块，对优化管系的一阶固有频率具有很显著的效果。该方法同样适用于给水系统和凝结水再循环管道系统。
4总结
依托工程实例，应用CAESAR II软件的动态分析模块优化管系的一阶固有频率。通过合理设置约束性支吊架，大幅提高了管系的一阶固有频率，避开低频激振频率，对防止汽水管道的振动具显著效果。
参考文献：
[1]邢景伟等，电厂汽水管道振动原因分析及解决对策. 能源研究与信息，2012（28）.
[2]温睿麟等，电站汽水管道激振型振动控制方法.技术交流与应用，2010
论文作者:杨迎春
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2018/1/3
标签：管道论文; 频率论文; 流速论文; 汽水论文; 疏水论文; 吊架论文; 电厂论文; 《防护工程》2017年第22期论文;