管道振动的根本原因

尝试找出管道振动的根本原因可能是一个非常棘手的问题,更不用说消除振动了。针对管道的振动问题,我们首先需要接受系统化和专业化管道振动方面的培训,然后采用先进的手段工具对管道系统进行详细的定性定量分析,这样才能有效的防控管道振动。如图1所示,我们可以看到,导致管道振动有两种可能的原因:机械振源或水力振源。图1方框(2)中显示:机械振动是由于诸如泵或压缩机之类的动设备引起的机械振动,这又导致与之相连管道的振动。动设备可以将振动通过其管嘴直接传递到管道上,如图1方框(3)中所示,动设备直接导致管道振动。动设备也可能会导致结构或地板振动,然后通过结构和管道支架将振动传递给管道,如图1方框(4)所示,动设备间接导致管道振动。如图1中方框( 5)和(6)所示,如果机械振源fMs的振动频率与管道fMP的机械固有频率相差较大,管道可能只伴随着设备振动。如图1中方框( 5)和(7)所示,如果机械源fMs的振动频率接近管道fMP的机械固有频率,则管道可能放大振动,即发生共振。图1方框(8)中所示,水力学引起的振动是由于连续的压力脉冲导致管道振动。压力脉冲可以是非常明确的呈现为周期性的,如图1方框(9)所示,或者是更随机和呈现为湍流状态的,如图1方框(10)所示。如果压力脉冲的频率,即水力学频率fHs,接近管内的声学频率fAp,如图1中方框(11)所示,管道将放大振动,即产生共振,如图1方框( 13)所示。在本章中,我们将更详细地研究图1背后的逻辑,以了解导致管道振动的原因,以及如何最好地解决它。

 

另一个基本要点是频率:跨度小刚度大的管道的振动(具有高本征频率的跨度,大约50Hz或更高)很小,即使是发生共振时也是如此。在管道系统中,较大的振动幅度以及由于振动引起的管道弯曲导致的疲劳失效通常发生在相对较低的频率,约低于50Hz。

最后,根据以往20多年处理管道振动的经验表明,为了最大限度地减少或消除管道振动,最好在设计阶段依靠经验和英国能源管理局EI出版的管道振动导则《Guidelines for the Avoidance of Vibration Induced Fatigue in Process Pipework》,在安装过程中遵循良好的施工实践,并将管道振动监测作为操作前或系统启动测试的一部分。在设计阶段,对关键管道系统进行定性和定量分析是非常必要的,以往对气体压缩机[API 618]都做了非常详细的管道振动的定性定量分析,这一点是我们值得学习的地方。

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