高扬程泵站管道振动特性分析

• 作 者: 郭佳
• 机 构: 华北水利水电大学
• 出 处: 华北水利水电大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 高扬程泵站 压力管道 振源 振动频率 振动响应

虽然我国的水资源总量丰沛,但由于国民人口基数大和水资源空间分布不均衡,再加上近些年来科技和社会的发展进步导致人民对物质需求的急速提高,目前状况下的水资源已明显无法支撑社会的发展和人民的生活的需要。因此,如何改变水资源现状和解决用水的问题日益成为全社会关注的焦点和科学界研究的热点。高扬程输水泵站因其能够改善水资源的空间不均衡、对应用区域环境要求不高和实施成本低廉的特点,成为目前常用的手段。泵站在输水过程中因为泵站的机械安装精度不够和水流的气锤等原因,致使泵站及管道在运行状态时产生不同程度的剧烈振动,这种振动对泵站管道的健康运行产生极其不利的影响。管道振动会导致管道损伤开裂,或者影响临近建筑物安全,或者导致泵站发生事故。为了预防泵站管道即将发生的灾害,进行高扬程泵站管道振动特性的研究十分必要。本文以甘肃景电提灌工程二期泵站的代表性压力管道为对象,研究该结构的振源组成及其影响。通过理论分析结合原型观测数据,对机组运行及开机关机过程中产生的结构振动频率进行识别,确定其动荷载来源。分别统计泵站结构主要部位振动达峰值时不同频率所占比重,计算实测工况频带能量对总振动响应的贡献。结果表明:泵站压力管道在开机、运行以及关机等不同时段的主要振动原因是变化的,因此在进行减振处理时需要针对不同情况选取不同的措施。利用有限元软件ANSYS建立泵站压力管道流体单元数值模型,识别出管道的振源,确定管道在不同工况下最容易产生振动变形的部位。最后,由于不同工况下压力管道振动的主要振源并非恒定不变,需要针对各工况的主要振源提出相应的减振措施。具体的研究内容如下:(1)运用DASP系统对现场测试得到的数据进行分析,①运用时域分析法探究不同工况下管道振动的原因以及最容易产生变形的位置;②运用频域分析法探究管道在开机、停机以及稳定运行过程中的振源和与之相对应的主频;③运用功率谱法进一步地确定各个不同工况下管道振动的主要振源。(2)运用流体单元法建立起有限元仿真模型,模拟了压力管道的振动变形过程,结果表明在弯管处和两管交汇处振动比较严重,其结果与DASP现场试验的分析结果一致,验证了不同工况下管道的振动特点。(3)不同工况下压力管道振动的主要振源并非恒定不变,需要针对各工况的主要振源提出相应的减振措施。