管道振动分析
管道振动原因分析和治理
1管道振动的危害在化工生产中，有物料流动的管道都存在振动现象。
振动是不可避免的，如果振动的振幅超过了标准范围，将会造成很多方面的危害。
主要有造成管道上的阀门、管件的松动损坏，甚至引发连接的设备振动和损坏、管道的开裂等危害，造成有毒有害物料的泄漏，直接影响管道的安全运行和操作人员的人身安全。
2管道振动的原因分析2.1施工安装管道和动设备连接，动设备的振动造成管道的振动。
如泵及泵的出口管线的振动。
在安装施工过程中，如果泵的出入口管线和泵的出入口法兰不对中或对中不好，就有可能造成管线在外力作用及其他因素的影响下，使管线产生形变，引起振动，造成振动超标。
通常来看，管道衔接的弯头、阀门及相关的异径管，会带来偏大的振动，引起体系以内管道的振动。
体系构架下的激荡力，会增添原有的压力脉动。
伴随着频率的递增，管道振动原有的振幅也会随之递增，这样一来，就引起了管道振动的加剧。
2.2管道内物料流动频次和系统固有频次相同，造成共振管道中的物料流动带有预设的固有频率，如果管道内的物料被动设备（泵）激发出来的频率等同管道的固有频次，就会发生共振，会造成管道本身带有剧烈震荡的总倾向。
因此，在管道设计时，要让管道原初的频率与机械原初的振动频率保持特有的差距。
动设备设定好的振动频率是不能改变的，因此，通常通过更替管道固有的布设状态，或调整管道的支架或吊架，来调和设定好的频率，以达到期待的减振效果。
2.3汽蚀造成的管道振动当物料流经阀门、异径管、限流孔板等节流装置时，由于流速会因流通面积的减小，物料在节流装置处流速会增大，造成部分静压力转变为动压力，从而在节流装置两侧产生很大的压力降。
由于节流装置后流束的紧缩，断面流体高速流动可引起局部压力低于物料对应的相应的饱和压力，尤其对于一些易挥发的物料，这种现象更加明显。
此时物料中的易挥发物质将会汽化产生气泡，这些气泡在节流装置的下游会因为压力的恢复造成破裂，形成高速微小的液体射流，局部形成高于管道振动原因分析和治理Cause Analysis and Treatment of Pipeline Vibration冯秀朝（河北沧州大化聚海分公司，河北沧州061000）FENG Xiu-chao(Juhai BranchofHebeiCangzhouDahuaGroupCo.Ltd.，Cangzhou061000,China)【摘要】河北沧州大化聚海分公司光化车间光气化循环泵出口管线振动强烈，管线有晃动现象。
锅炉汽水系统管道振动的问题及措施分析
锅炉汽水系统管道振动的问题及措施分析随着现代化工技术的不断发展，锅炉汽水系统在工业生产中扮演着重要的角色。
但同时，由于管道拼接处的松动或者氧化腐蚀等原因，管道振动的问题也日益突出，给工业生产带来了严重的安全隐患和经济损失。
本文就锅炉汽水系统管道振动的问题及措施进行分析。
一、管道振动的成因管道振动是由于流体在管道内受到来自管道及周围环境力的作用，从而引发管道中流体内部或外部的振荡。
常见的管道振动有以下几种成因：1.流体通过不平滑的弯头或闸门阀等管道件时，因阻力不均分而引发的振动。
2.管道内流体流动时，受惯性力限制，不同速度区域之间发生扰动而引发振荡。
3.锅炉汽水系统内的管道因局部温度升高等失稳因素，造成管道的自身振动而引发管道的振动。
以上成因通常导致管道振动后对周边区域产生严重的噪音和甚至损毁管道或管道附件。
二、管道振动的危害管道振动不仅会引发巨大的噪声，还会对管道及管道支撑结构造成极大的危害，其主要表现为以下几方面：1.管道振动过大，会导致管道及支架产生疲劳损伤，并加速管道金属厚度的腐蚀。
2.振动造成管道支架的损坏，会引发管道支撑失效，进而导致管道的脱落或者崩塌的事故。
3.振动会影响到管道上的关键仪表和阀门的使用，甚至影响到整个生产过程的稳定性和精度。
三、管道振动的解决措施为了彻底解决锅炉汽水系统管道振动的问题，我们需要从以下方面入手：1.优化管道结构设计，采用高质量的材料和先进的制造工艺，同时避免管道内部和周围的环境条件对管道的影响。
2.对管道支架进行优化设计，对管道内部或其中的管道附件进行增强处理，以增加管道和管道支撑结构的稳定性和强度。
3.对锅炉汽水系统进行改造，通过配置流量调节措施、改进流道，优化补水系统等，减少或消除液体和管道摩擦之间的不平衡的情况，进而减轻管道的振动。
4.采用振动监测系统，在管道振动变化的时刻，及时对系统进行维护和修理。
总之，对于锅炉汽水系统来说，管道振动不仅危害着生产和人员的安全，对于企业的正常生产和经济效益也造成重大影响。
管道系统的流固耦合振动分析与振动控制
管道系统的流固耦合振动分析与振动控制管道系统中的流固耦合振动是一种常见的动力学现象，对于系统的安全性和可靠性具有重要影响。
因此，对管道系统的流固耦合振动进行分析和控制是非常必要的。
本文将介绍管道系统的流固耦合振动的基本原理、分析方法和振动控制技术，并分析其在实际应用中的一些问题和挑战。
一、流固耦合振动的基本原理管道系统的流固耦合振动是指在流体通过管道时，由于流体与管道壁之间的相互作用，产生的流固耦合振动。
其基本原理可以通过流体力学和结构力学的分析来解释。
在流体力学方面，流体在管道中流动时会产生压力波动，这些波动会传播到整个管道系统中，引起管道壁的振动。
而在结构力学方面，管道壁的振动会引起流体内部的压力波动，形成一个闭环的流固耦合振动系统。
二、流固耦合振动的分析方法为了对管道系统的流固耦合振动进行准确的分析，可以采用两种主要的方法：数值模拟和实验测试。
1. 数值模拟方法数值模拟方法是通过数学建模和计算机仿真来模拟管道系统的流固耦合振动。
其中，计算流体力学（CFD）方法可以用来模拟流体流动，有限元法（FEM）可用于模拟管道振动。
通过将这两种方法耦合起来，可以得到较为准确的流固耦合振动特性。
2. 实验测试方法实验测试方法是通过搭建实验平台来进行流固耦合振动的测试。
通过在实验平台上设置不同的工况和参数，可以获取管道系统的振动响应。
常用的测试方法包括压力传感器、加速度传感器等。
通过实验测试，可以获取系统的振动特性，并验证数值模拟结果的准确性。
三、振动控制技术为了降低管道系统的流固耦合振动，需要采取一些有效的控制手段。
目前常用的振动控制技术有两种：被动控制和主动控制。
1. 被动控制技术被动控制技术主要包括减振器和阻尼材料的应用。
减振器可以通过改变系统的固有频率或阻尼特性来吸收振动能量，从而减小振动幅值。
阻尼材料可以通过吸收或传导振动能量来减小系统的振动响应。
2. 主动控制技术主动控制技术则是通过在系统中添加控制器和执行器来主动调节系统的振动响应。
管道应力分析与管道的振动
可能碰到的最苛刻的压力和温度组合工况的温度确定，同 一管道中的不同管道组成件的设计温度可以不同。
（4）壁厚附加量 壁厚附加量C=C1+C2； C1——材料厚度负偏差，按材料标准规定选取，mm； C2——腐蚀、冲蚀裕量，机械加工深度，mm。
最终，管子壁厚为Sj=Sj1+C， Sj1是按照强度条件确定的承受内压所需的管子壁厚。
3.管道应力许用值及安全性判据
压力管道的静力分析，主要考虑内压，持续外载 和热载荷的作用 。
由内压和持续外载在管道中引起的应力属于一 次应力，它的基本特征是非自限性；热载荷在 管道中引起的应力属于二次应力，它的特征是 有自限性；管道的局部形状突变等原因会造成 峰值应力，峰值应力的特征是结构不产生任何 显著的变形。
一次力：是由于外载荷作用而在管道内部产生的正 应力或剪应力。
二次应力 ：主要考虑的是由于热胀冷缩以及其它位 移受约束而产生的应力，有自限性，如温差应力。
峰值应力 ：是由于载荷、结构形状的局部突变而引 起的局部应力中的最高应力值，如管道中小弯曲半径处。
2.承受内压管子的强度计算
2.1承受内压管子的强度分析
（2）应力增大系数：管道在持续外载、热胀冷缩等位移 载荷作用下，在弯道、三通等薄壁管件上将产生局部的应 力集中。在进行应力计算时，要计入应力增大系数。没有 准确的理论计算公式可以得出应力增大系数，故工程上采 用试验研究得出的经验公式来计算。
5.管道补偿器
管道的热应力与管道柔性(即弹性)有关，因此在温度 较高的管道系统中，常常设置一些弯曲的管段或可伸缩的 装置以增加管道的柔性，减小热应力，这些能减小热应力 的弯曲管段和伸缩装置称为补偿器或伸缩器。
往复式压缩机管道振动分析
往复式压缩机管道振动分析往复式压缩机是一种常见的工业设备，用于将气体压缩为高压气体。
在使用过程中，往复式压缩机管道振动是一个值得关注的问题。
管道振动会引起噪音、机械磨损和性能下降，甚至可能导致设备损坏。
因此，对往复式压缩机管道振动进行分析和评估是非常重要的。
1.涡流振动：涡流振动是由于流体通过管道时在阻力作用下产生的涡旋，引起管道的激烈振动。
涡流振动通常在压缩机进气和排气口附近发生，特别是在高速流体通过窄缝时。
2.压力脉动：压力脉动是由于气体在管道中的压缩和膨胀引起的。
往复式压缩机的排气过程中，气体经过多次膨胀和压缩，使得管道中的气体产生不稳定的压力脉动，引起管道振动。
3.特征频率振动：特征频率振动是由于管道结构本身的特性引起的。
例如，管道的自然频率与往复式压缩机的运行频率相接近时，会引起共振现象，使得管道振动加剧。
针对以上原因，可以采取一些措施来分析和减小往复式压缩机管道振动。
首先，可以采用模态分析的方法，通过对管道系统的振动模态进行计算和分析，得到管道系统的振动特性。
模态分析可以帮助确定管道自由振动的频率和模态形态，并通过合适的改善措施来避免特征频率振动。
此外，还可以使用有限元分析方法对管道系统进行模拟，以预测和减小管道振动。
其次，在设计和安装阶段，需要合理选择和设计管道的支撑方式。
合理的支撑结构可以减小管道振动的振幅，并降低管道传递给其他设备的振动幅值。
另外，可以通过调整往复式压缩机的工作参数来减小压力脉动和涡流振动。
例如，可以调整压缩机的排气阀的开关时间和扭矩大小，使得气体压缩和释放的过程更加平稳。
最后，定期进行管道和设备的维护检查，及时修复和更换老化、磨损或损坏的部件。
及时发现问题并采取措施可以减小管道振动的发生和影响范围。
总之，往复式压缩机管道振动分析是一个复杂的工程问题，需要综合考虑涡流振动、压力脉动和特征频率振动等多种因素。
对管道振动的认真分析和评估可以帮助减小振动对设备的不良影响，并提高设备的稳定性和性能。
加热炉管道系统振动分析及减振处理
加热炉管道系统振动分析及减振处理本文针对加热炉管道系统的振动问题，进行分析和研究，并对其进行减振处理，以提高加热炉的运行效率和安全性。
一、管道振动分析1.振动的来源管道的振动通常由以下几个方面产生：(1) 压力脉动：管道内的流体由于阀门或泵的作用产生压力脉动，使管道振动。
(2) 进口涡流:在过流过程中，进口通常会产生涡流，产生各种流动失稳现象，引起管道振动。
(3) 阀门减震:在开始和停止操作阀门时，管道内的流体惯性和阀门关闭的动能被快速消失，管道产生振动。
(4) 动力设备振动:管道与动力设备之间的振动传递，如泵、变速器等。
(5) 气体阻塞：管道内较小的气体阻塞，可能导致强烈的振动。
(6) 管道的共振：当管道的自然频率等于流体产生的脉动频率时，管道就可能产生共振，导致管道振动。
2.振动的类型管道的振动通常分为两种类型：自由振动和强迫振动。
(1) 自由振动：指管道不受外力作用自行振动的状态，振动频率为管道的固有频率。
(2) 强迫振动：指管道受到外力作用强制振动的状态，如流体压力脉动、设备振动等。
自由振动和强迫振动都会对管道造成损伤，需要通过适当的减振措施来降低振动幅度。
二、减振处理1.减振措施对于管道系统的减振处理，可以采取以下措施：(1) 安装减震器：在管道系统中加装减震器，可有效减轻管道的振动。
减震器可以是弹性支撑、液体减振器或弹簧式减震器。
(2) 降低流量脉动：通过改善管道的设计和操作，在进出口流量的变化时尽量减少压力脉动产生的幅度和频率。
(3) 均匀进出口：加热炉管道系统的进出口处应该是圆形的，进出口处的直径与管道的直径相同，并且进出口处应使用圆角半径过渡。
(4) 修正管道设计：对于共振频率较低的管道，可以通过增大管径或改变支撑方式来使其达到共振条件更难实现。
2.选用减震器的建议针对加热炉管道系统的减振处理，我们建议在选择减震器时考虑以下几个因素：(1) 减震器的刚度和浮动力：减振器的刚度越小，减震效果越好，弹性支撑型和液体减振器是比较合适的选择。
管道输送系统振动特性分析与控制优化
管道输送系统振动特性分析与控制优化管道输送系统是现代工业领域中常见的一种物流输送方式，广泛应用于石油、天然气、水和其他液体等的长距离输送。
然而，在输送过程中，管道系统会产生振动，给系统的安全性、稳定性和效率带来一定的影响。
因此，需要对管道输送系统的振动特性进行分析与控制优化。
首先，我们来了解管道输送系统振动的形成原因。
管道输送系统振动主要源自两个方面：一是来自流体的力学振动，二是来自机械部件的共振振动。
针对流体力学振动，流体在管道内流动时会形成压力波动，这种压力波动会引起管道系统的自振动。
当流速较高时，液体在管道中运动会形成湍流，导致压力变化更为剧烈，使得管道系统的振动加剧。
而机械部件的共振振动则是由于管道系统在运行过程中，机械部件的固有频率与外来激励频率相一致，导致共振现象的发生。
共振振动会增加管道系统的振动幅值，降低系统的工作效率，并且可能导致机械部件的疲劳破坏。
为了分析管道输送系统的振动特性，可以采用数值模拟和试验分析两种方法。
数值模拟方法可以通过建立系统的数学模型，利用计算机软件进行仿真计算，分析系统在不同工况下的振动响应。
试验分析则是通过在实际管道系统中进行振动测试，获取实测数据进行分析。
在振动控制优化方面，可以从多个方面进行考虑。
一是在设计阶段，可以通过优化管道系统的结构参数，降低系统的固有频率，减少共振现象的发生。
二是在操作过程中，可以采取减少流体压力波动的措施，如增加缓冲器、消声器等，降低流体力学振动的幅值。
三是对机械部件进行改进，增强其抗振能力，减少共振振动的发生。
此外，还可以考虑采用主动振动控制技术，如主动质量阻尼器、主动控制阀等，通过控制系统的输入和输出信号，实时调节系统的振动响应。
最后，管道输送系统的振动特性分析与控制优化是一个综合性的问题，需要涉及流体力学、结构力学、信号处理等多学科知识。
不同的输送介质、管道材料、输送距离等因素都会对系统的振动特性产生影响。
因此，针对不同的应用场景，需要综合考虑各种因素，采用合适的分析方法和优化措施。
海底管道液体运输中的管道振动和疲劳分析
海底管道液体运输中的管道振动和疲劳分析海底管道承担着将石油、天然气等重要能源从海上开采场地输送到陆地的重要任务。
然而，在运输过程中，海底管道往往会遭受到来自海洋环境的振动力和外界荷载的作用，这些因素导致了管道的疲劳问题。
为了确保海底管道的安全可靠运行，进行管道振动和疲劳分析变得至关重要。
管道振动是指管道受到外界激励时的振动现象。
海洋环境中存在着波浪、涡流、海底地震等导致管道振动的因素。
这些振动力会对管道产生应力集中和疲劳破坏的风险。
因此，准确地分析管道受到的振动力对于确定管道的运输能力和寿命具有重要意义。
管道疲劳是指由于外界荷载作用，管道内部产生的应力循环导致管道材料发生破裂的现象。
疲劳问题是海底管道运输过程中最严重的问题之一。
长期以来，疲劳问题导致了很多管道事故和能源泄漏事故的发生，造成了巨大的经济损失和环境污染。
因此，对管道的疲劳行为进行分析和评估，以设计出更安全可靠的管道系统，具有重要的现实意义。
在进行管道振动和疲劳分析时，需要考虑多种因素。
首先，需要对管道受到的外界激励进行准确的建模和分析。
这包括波浪、涡流、震动等因素的考虑。
其次，需要对管道的结构特性进行准确的描述，包括材料性质、几何形状、支撑方式等。
此外，还需要考虑管道的运行环境，如水深、海底地质条件等因素。
对于管道振动的分析，可以采用数值模拟方法。
通过有限元分析等技术，可以模拟和预测管道受到的振动力，并对其产生的应力和位移进行计算。
此外，还可以采用试验方法，通过在实验室中进行管道模型的振动试验，获取实际振动数据，并对其进行分析和评估。
对于管道疲劳的分析，可以采用应力循环法。
通过对管道受到的应力循环进行计数和评估，可以确定疲劳寿命和疲劳破坏的风险。
同时，还可以采用裂纹扩展法，通过模拟裂纹的扩展和破裂行为，对管道进行疲劳寿命估计和可靠性评估。
除了对管道振动和疲劳进行分析外，还可以采取一系列的措施来减小振动和延长疲劳寿命。
比如，在设计阶段就考虑减震措施、选择合适的材料、优化管道结构等。
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输水管道振动分析
水利水电工程和农业水利工程中，为了减小蒸发、输水方便、利于控制，常采用压力管道进行输水。
在管道输水过程中，往往会发生管道的振动现象，若管线长期振动会遭受疲劳破坏，进而引发管线断裂、水体外泄等事故。
应在设计中予以考虑。
1.输水管道振动机理
在压力和流速作用下，管道壁会承受动水压力，动力设备、来流条件、流体输送机械操作和外部环境的刺激会使管道产生随机振动。
管道、支架和相连设备构成一个结构系统，在激振力的作用下，系统会发生振动。
管道振动分为两个系统：一个是管道系统，一个是流体系统。
压力管道的激振力来源于系统自身或系统外部。
来自系统自身的激振力主要有与管道相连接的机器的振动和管内流体不稳定流动引起的振动；来自系统外的主要有风、地震等。
振动对压力管道而言是交变荷载，危害程度取决于激振力的大小和管道的抗震性能。
2.管道激振力分析
来自系统内部的激振力主要有以下几种：
2.1 由于运动要素脉动产生的脉动压力
实际工程中的液体流动多属于紊流，其基本特征是许多大小不等的涡体相互混掺着前进，在流动过程中流速、压强等运动要
素会发生脉动，继而产生脉动压强和附加切应力，管道在此作用下会发生振动。
2.2 由于气蚀产生的冲击力
对于部分压力管道，基于提供水流动能和节省工程投资的需求，常选择断面较小的管道，管道内流动的水流为高速水流。
水流流动过程中动能较大，压能较小，当压强低于同温度下的气化压强时，部分液体发生气化，产生空泡。
空泡随液流前进的过程中逸出，当压强增大，其自身的存在条件被破坏后，空泡发生溃灭。
空泡在管壁附近频频溃灭，会在瞬间产生较大的冲击力，使管道发生振动。
2.3 由于水击产生的水击压力
压力管道中流动的液体流速因某种外界原因发生急剧变化时（如阀门开启或关闭），由于液体具有一定的压缩膨胀性，液体内部压强产生迅速交替升降，这种交替升降的水击压力像锤子击打在管壁、阀门或其他管路元件上一样，造成管道的弹性变形和振动。
3.削减管道振动作用的措施分析
3.1管道材料的选择
管道材料不同，其结构性能也不同。
为了减轻振动，首先应选择抗震性能较强、弹性较好的材料。
如同等条件下，应首选钢管、UPVC管，其次是铸铁管、混凝土管。
3.2 消减流体振动
在管路系统适当处设置缓冲器或孔板等，降低流体脉动强度，可一定程度上减弱管道振动。
3.3 合理设计管路系统
（1）管道弯头处避免急转弯。
管路系统中，激振力主要产生在弯头处和异径连接处，因此管道安装中应尽量减少使用弯头，或减小弯头角度。
（2）在管壁材料强度允许的条件下，选用直径较大、管壁较薄的管道。
同时缓慢开启或关闭阀门、缩短管道长度、在水击源处设置安全阀或蓄能器等装置，以释放或吸收水击能量。