火电厂给水再循环管道振动分析与控制

金红伟 刘学 何玉灵 唐贵基 高运

摘 要：针对某火电厂给水再循环管道振动的原因和集中位置进行分析并提出相应的控制方案。首先建立再循环管道和水流的实体模型、支吊架简化模型并进行装配，然后导入至ANSYS中进行CFX流体分析，得到水流作用于管道内壁的冲击压力并导入至结构力学模块进行二次分析，再将分析数据传递至模态分析模块进行运算，得到流固耦合作用下管系前50阶的固有频率和前6阶振型，最后结合实验测试结果分析再循环管道振动的原因和振型最大点位置分布规律，并提出相应的支吊架调整干预方案，调整后管系各阶固有频率有所上升，管系振动明显好转，表明所提控制方案可行、有效。该文工作对于火电厂给水再循环管道振动的监测和控制有参考价值。

关键词：给水再循环；管道振动；模态分析；振动控制

文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）09-0105-07

0 引 言

火电厂中的给水再循环管道具有管系长度大、弯头、阀门、支吊架等零部件多、结构相对复杂、流体冲击响应明显等特点。因此，管道振动是电厂汽水系统运行中极为常见的现象[1-4]。而随着我国电力工业的迅猛发展，新建电厂机组容量和参数大大提高，管道內工质参数的改变及热力系统复杂程度的提高，致使电厂给水再循环管道振动程度进一步加剧[1]，电厂汽水管道振动问题已经成为当今电力行业内亟待解决的问题[1]。

由于给水再循环管道系统属于一种自激振动系统，即使在没有外界载荷影响的情况下，系统本身也可能发生振动。研究表明，给水泵转速[2]、水泵叶片数[2]、弯头角度[3]、水泵蜗舌与叶轮相对位置[2]、支吊架性能及布置方式[4-6]、工质参数[4]、管道壁厚及管径[7]等多种因素均会对管道的振动产生影响。这是由于给水再循环管系振动是一个流固耦合作用问题，所有能影响管系-吊架系统刚度、质量、流体冲击力的因素都会对管系振动造成影响。在外部工况和工作参数相对稳定的情况下，掌握管系振动特性并对其进行干预控制的核心技术问题是分析得到管水流固耦合体系的固有频率、振型等关键动特性参数[8-9]。

鉴于此，本文针对某电厂2号机组给水再循环管道系统的振动情况，通过建立详细的管道-支吊架-水流体系分析模型对其固有频率和振型进行求解，并结合水流激振脉动特性剖析管系振动的原因和相对集中的危险位置，在此基础上给出相对应的干预措施对管道系统振动进行抑制。

4 结束语

本文通过模态分析和实验测试对某电厂给水再循环管道的振动原因和控制方案进行了分析，得出以下结论：

1）流固耦合作用下，当水泵每秒转速与叶片数的乘积和管系的某一阶固有频率相同或相近时，管系易产生较大的振动；

2）给水再循环管系是一个多自由度自激振动系统，多个区域在两个方向上的支撑刚度相近，使其相邻两阶固有频率之间差值较小；

3）管系的振型最大点位置多处于两个固定约束之间靠近中间部位、有较长直管连接处，这些位置处的振动变形方向大多沿X向或Y向这两个支撑刚度较弱的方向；

4）在刚度较小区域有针对性地增设支吊架和调整吊架的装配方式，对未完全固定的自由度进行补充约束，能够有效减小和控制管道振动。

参考文献

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（编辑：刘杨）