高扬程泵站管道振动特性分析

发布时间：2017-05-12 10:02

  本文关键词：高扬程泵站管道振动特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：高扬程泵站 压力管道 振源 振动频率 振动响应
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV675
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及发展12-13
• 1.3 本文主要研究内容及方法13-15
• 2 泵站压力管道现场试验15-21
• 2.1 压力管道振动试验测试系统设计15-17
• 2.2.1 管道振动情况现场调查15
• 2.2.2 试验对象概况15-17
• 2.2 振动测试方法17
• 2.3 试验测点布置17-18
• 2.4 振动响应测试系统18-19
• 2.5 本章小结19-21
• 3 试验数据整理与泵站压力管道振源分析21-47
• 3.1 试验工况设计21
• 3.2 输流管道振动机理21-22
• 3.3 振源分析22-24
• 3.3.1 机械振动22
• 3.3.2 水流激励产生的振动22-23
• 3.3.3 电气原因引起的振动23
• 3.3.4 其他原因引起的振动23-24
• 3.4 泵站运行振动特性分析24-27
• 3.5 管道各工况主要振动激励源分析27-43
• 3.5.1 时域分析27-37
• 3.5.1.1 工况一与工况二对比分析27-29
• 3.5.1.2 工况二典型测点对比分析29-30
• 3.5.1.3 工况二、工况三与工况四对比分析30-32
• 3.5.1.4 工况四与工况五对比分析32-36
• 3.5.1.5 工况一与工况五对比分析36-37
• 3.5.2 频谱分析37-43
• 3.5.2.1 开机过程38-40
• 3.5.2.2 稳定运行40-42
• 3.5.2.3 停机过程42-43
• 3.6 各工况主要振源分析43-46
• 3.7 本章小结46-47
• 4 泵站压力管道流固耦合有限元仿真分析47-69
• 4.1 ANASYS软件在流固耦合中的应用47-49
• 4.2 建立有限元模型49-51
• 4.2.1 工程实例49-50
• 4.2.2 材料参数与单元选取50
• 4.2.3 边界约束条件50
• 4.2.4 计算工况50-51
• 4.3 模态仿真分析51-68
• 4.3.1 工况一：4号机组稳定运行，5号机组关闭51-56
• 4.3.1.1 模态分析51-53
• 4.3.1.2 位移分析53-56
• 4.3.2 工况二：4、5号机组同时稳定运行56-62
• 4.3.2.1 模态分析56-58
• 4.3.2.2 位移分析58-62
• 4.3.3 工况三：4号机组关闭、5号机组稳定运行62-68
• 4.3.3.1 模态分析62-64
• 4.3.3.2 位移分析64-68
• 4.4 本章小结68-69
• 5 减振措施69-75
• 5.1 管道振动危害分析69
• 5.2 常用的减振方案69-72
• 5.2.1 设置气流脉动衰减装置69-70
• 5.2.2 设置孔板70
• 5.2.3 设置缓冲器70
• 5.2.4 改变管道结构或布置70-71
• 5.2.5 改变管道的支撑结构71-72
• 5.2.6 设置动力减振器72
• 5.3 本章小结72-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 结论75-76
• 6.2 展望76-77
• 攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82

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