摘要：某核电站1 号机组电动主给水泵入口管道在振动较大，电动主给水泵入口管道振动情况进行原因分析,找到诱发管道振动的原因,并给出通过调整管系阻尼，增加粘滞型阻尼器的治理方案，经过验证方案可行，能够有效降低振动水平。
关键词：压力管道；振动；治理
某核电机组1号机电动主给水泵自调试过程以来,从除氧器至给水泵下降管振动一直较大,均方根速度超过20mm/s。为彻底消除隐患,决定采取措施消除给水泵相关管道的振动,确保给水泵安全运行。下面叙述消除给水泵相关管道振动的改造方案。
1.背景介绍
核电站电动给水泵系统（APA）泵组由电机、前置泵、液力偶合器及压力级泵组成，如图1所示。其功能是将除氧器的水抽出、升压后经高压加热器送到蒸汽发生器。
图1 电动主给水泵系统流程示意图
从除氧器至给水泵入口管线（1APA300VL所在管线）运行时振动较大，体现在阀门位置水平X向振动最大达到21.7mm/s。按照电厂管道振动要求，振动超过20m/s需采取进一步行动。若长期较高水平振动容易使阀门与管线接口处焊缝产生疲劳，阀门执行机构长期振动较大易失效。
2.原因分析
勘察1APA300VL所在管线，原有支吊架，从28m除氧器下部出口APA前置泵入口，共有4个垂直方向弹簧支吊架，及一处垂直管道加强焊接支架托座用以承受自重，管系上未设置任何能够限制径向振动的支吊架，导致管道抵抗振动能力偏弱。
根据振动理论，一个机械系统的多自由度振动方程可用矩阵微分方程式表示：
[M]{X’’}+[C]{X’}+[K]{X}={F}
式中：M——质量矩阵；
X——节点位移矢量；
C——阻尼矩阵；
K——刚度矩阵；
F——为干扰力及激振力矢量。
由上式知，要改变管线系统的振动特性，可考虑：
（1）在管道系统上加装质量，改变质量矩阵M，以改变系统固有频率，避免共振发生。
（2）改变系统的阻尼矩阵C，如在管道系统增加液压阻尼器、弹性橡胶垫等，以达到隔振、消振及吸收能量的目的。
（3）通过增加系统的刚度矩阵K，如增设支承、调整支承位置或改变支承性质。通过改变管道支承性质，缩短支承点距离使管道固有频率提高；改悬臂管为两端简支管，变弹性支承为刚性支承管，均会使固有频率加大，以达到消振的目的。
结合1APA300VL所在管线原有支架不足的特点及现场空间布置，针对性的制定了增加粘滞型阻尼器的方案。
3.改进方案
3.1阻尼器选型计算
粘滞型管道阻尼器是近年来发展起来的用于压力管道减振的新型阻尼器，改阻尼器为与动力响应速度成正比的粘性阻尼筒，不承受静荷载，主要用于由压力脉冲引起的运行振动，且该类型阻尼器对管系热膨胀无影响，不影响管系二次应力分布。
因APA给水管道温度约为183℃，根据管道阻尼器选型样本可知，粘滞型管道阻尼器选用时需考虑管部结构，减少管道向阻尼器的传热。现场选用型号的阻尼器的适用温度最优范围为20~40℃，与现场环境一致。
根据阻尼器厂家提供的计算方法，管道阻尼器选型计算如下：
（1）计算管系的区域质量m，约3.0t（含水重）。
（2）计算需要的阻尼系数。C = 2mD*2πf
其中，C——阻尼系数，kNs/m；
m——管系总质量，t；
D——阻尼比，取最佳阻尼比0.4；
f——激振频率，根据测量结果，1APA300VL阀门所在管道立管弹簧支架处的振动频率为7.5Hz左右。
将以上数据带入公式（2），可计算得到：
C≈113kNs/m。
（3）查表，选择所需的管道阻尼器。
根据上述计算结果和现场实际情况，查某品牌管道阻尼器选型样本可知，可以选择1个RRD-300型阻尼器。该型号阻尼器在激振频率15Hz时的阻尼系数为166.3kNs/m，大于所需的7.5Hz频率下的阻尼系数C=113kNs/m，鉴于同等型号频率越高阻尼系数越低，可推断所选阻尼器满足现场要求。
3.2 效果验证
利用大修窗口，在1APA300VL所在管线上增加了一个粘滞型阻尼器（见图2）后，振动改善明显（见表1），管道振动问题得到有效解决。
图2 粘滞型阻尼器现场安装图
表1 改造前后管道振动数据对比
4 结论
（1）引起振动的原因是: 从28m除氧器下部出口APA前置泵入口，管线支架设置不合理，缺乏径向约束。
（2）改造方案：增加管道阻尼可以降低管道振动响应，粘滞型阻尼器可在不改变管道热膨胀的情况下，有效吸收管道的振动能量，降低管道的振动水平。
参考文献
[1]胡庆国.关于管道振动的分析计算及控制[J].化工建设工程,2001，23(3):42-43.
[2]陈梅.岭澳核电站给水泵相关管道振动的原因及处理[J].电力建设,2004,25(11):20-25.
论文作者:王祥祥,杨顺华,张辽
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/18
标签：管道论文; 阻尼论文; 阻尼器论文; 矩阵论文; 管线论文; 给水泵论文; 频率论文; 《电力设备》2019年第8期论文;