專利名稱：一種控制管道振動的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制管道振動的方法及裝置，屬于減振技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。該方法包括如下步驟(1)用低頻振動測試儀對振動的管道進(jìn)行現(xiàn)場測試，分析管道的振動特性；(2)采用有限元軟件，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算、分析、確定管系的固有頻率和振幅；(3)通過有限元分析軟件對管道進(jìn)行動力學(xué)分析，模擬安裝控制管道振動的帶間隙的限位裝置的位置、限位裝置的數(shù)量，計(jì)算管系的固有頻率和振幅，直到滿足管系的一階固有頻率大于3.5Hz和應(yīng)力的要求；(4)確定間隙t值首先計(jì)算管道的熱位移_S，熱位移_S等于管道運(yùn)行溫度下的線膨脹系數(shù)η與管道的長度l和管道的運(yùn)行溫度T的乘積，即_S＝ηlT，得出_S，再計(jì)算間隙t值，立管間隙t值按照t＝0.8|_S|確定；管道的水平方向間隙t值和管道軸向間隙t值按照t＝0.8|_S|或t＝0確定；通過確定間隙值，使管系的間隙既能滿足管道固有頻率的要求，也能滿足管系在高溫運(yùn)行時應(yīng)力的要求；(5)確定好管道的限位裝置的位置、數(shù)量及限位裝置的間隙t值后，在管道上安裝限位裝置。
(6)管道運(yùn)行后，測試分析管道的頻率和振幅，確定是否滿足管道安全運(yùn)行的要求。
限位裝置安裝在管道振幅大的位置上。
一種控制管道振動方法的裝置，由間隙和限位裝置組成，限位裝置固定在管道的外側(cè)，在限位裝置與管道之間設(shè)有通過計(jì)算確定的間隙。
所述的限位裝置由橫板和兩塊立板組成，橫板在管道的下方，兩立板分別設(shè)在管道的兩側(cè)，并垂直固定在橫板的上端，兩立板分別與管道之間有數(shù)值確定的間隙。通過該限位裝置可控制橫向管道在水平方向上即X方向上的振動。
所述的限位裝置是由框架組成，框架固定在管道的外周，在框架內(nèi)側(cè)與管道之間有數(shù)值確定的間隙。通過該限位裝置可控制立式管道的X、Z兩個方向上的振動。
所述的限位裝置由管夾組合件和框架組成，管夾組合件包括管夾和與管夾固定連接的限位碰塊，管夾固定在管道外表面，框架固定在限位碰塊的外周，在框架內(nèi)與限位碰塊之間有數(shù)值確定的間隙。通過該限位裝置可控制橫向管道或立式管道的X、Z兩個方向上的振動。
所述的管夾為上、下兩塊與管道相匹配的Ω形夾板，夾板的兩邊有通孔，通過螺栓連接上、下夾板。
當(dāng)用于立式管道時，所述的限位碰塊可設(shè)置四塊，分別與管夾連接并固定在管道的前、后、左、右方向上即X、Z方向上。
當(dāng)用于立式管道時，所述的框架可為矩形框架，固定在與管道相固定連接的管夾和限位碰塊的四周。
當(dāng)用于水平管道時，所述的框架可為盒形框架，固定在限位碰塊的外周、管道的下部。
管道的振動多為低頻振動，故采用低頻振動的管道進(jìn)行現(xiàn)場測試，使用有限元軟件計(jì)算、分析確定管系的固有頻率和振幅，管系是由直管、彎管、法蘭、閥門、支、吊架和保溫層組成，而固有頻率主要取決于管系的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣，既主要由管系的質(zhì)量大小及其分布，剛度及其支承情況，分析管系的振動，即主要求解管系前5階固有頻率及振型，其計(jì)算步驟是管系振動微分方程[M]{X··(t)}+[C]{X·(t)}+[K]{X(t)}={F(t)}---(1)]]>式中[M]為管系的質(zhì)量矩陣；[C]為管系的阻尼矩陣；[K]為管系的剛度矩陣。通常他們是n×n解釋對成矩陣。
為管系結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)的加速度的n階列向量、 為管系結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)的速度的n階列向量、{X(t)}為管系結(jié)構(gòu)質(zhì)點(diǎn)的位移的n階列向量。
{F(t)}一管系結(jié)構(gòu)所承受的激擾力列向量。這激擾力包括機(jī)械振動、流動振動和地震的激擾力。
在無外載荷的作用下，可以把管系的振動微分方程(1)寫成方程[M]{X··(t)}+[K]{X(t)}=0---(2)]]>方程(2)為無阻尼自由振動方程，可設(shè)其具有簡諧的解X(t)＝ψsin(ωt+α) (3)
式中ω-角頻率；α-為初相角；ψ-與時間t無關(guān)的非零位移矢量。把(3)式代入(2)式整理得(4)式，(k-ω2m)Ψ＝0(4)令λ＝ω2，滿足(4)式中的一組解(λi，ψi)為結(jié)構(gòu)的一組特征對。λi稱為結(jié)構(gòu)的特征值，ω為固有頻率，λi對應(yīng)的非零位移矢量Ψi為特征位移矢量，為管道的振幅，求解方程(4)的全部或部分特征對便是管系的各階的固有頻率和相應(yīng)各階振幅；計(jì)算出振動管系的固有頻率和振幅后，安裝帶間隙的限位裝置，以提高管道的剛性矩陣，使固有頻率提高，振幅降低，但管道的應(yīng)力也會隨之升高，為既保證管道運(yùn)行狀況下的應(yīng)力小于運(yùn)行狀況下的許用應(yīng)力，又降低振幅，需確定間隙t值。
管道在運(yùn)行后，由于管道的熱膨脹和管端附加位移，使管道發(fā)生位移，管道的熱位移是管道在不同的方位管道的熱位移的疊加，在單一方向上，管道的熱位移公式_S＝ηlT (5)通過公式(5)及不同方位的疊加，計(jì)算出加裝限位處的位移_S，計(jì)算出_S，通過t＝0.8|_S|或t＝0得出間隙值。對于立管上用限位間隙值選擇t＝0.8|_S|；管子的左右方向上用限位間隙值選擇t＝0.8|_S|或t＝0(X方向)；管子的軸向限位(Z向)間隙t＝0.8|_S|或t＝0，根據(jù)振幅大小和管子的受力情況確定管子的間隙為t＝0或t＝0.8|_S|，首先在管子振動大的位置，選擇管子的間隙為t＝0，再驗(yàn)算管道的應(yīng)力是否小于管子的許用應(yīng)力，否則選擇t＝0.8|_S|。
選擇間隙值t，在選定的位置安裝具有相應(yīng)間隙的限位裝置，既滿足應(yīng)力的要求，又提高了管道的剛性矩陣，固有頻率提高，振幅隨之降低。
本發(fā)明通過限制位移的方法和裝置解決了管道的振動問題，提高管道的固有頻率，減小振幅，達(dá)到控制高溫高壓管道的異常振動、延長了管道使用壽命，保證了設(shè)備安全運(yùn)行及工作環(huán)境的改善，使用本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)合理、使用方便、安全可靠、效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。以下為效果對比1、改造前后管道的固有頻率計(jì)算
改造前管道的固有頻率極低，不滿足管道設(shè)計(jì)的要求(固有頻率大于3.5Hz，改造后管道的固有頻率滿足要求。2、改造前后管道的熱態(tài)位移計(jì)算a 改造前
b 改造后管道間隙t計(jì)算
改造后管道預(yù)留的間隙滿足使用要求。3 改造前后管道的應(yīng)力計(jì)算a 改造前
b 改造后
改造后管道的應(yīng)力在局部位置有增大的現(xiàn)象，但仍小于許用應(yīng)力，滿足管道的強(qiáng)度要求。
圖4是實(shí)施例1中立式管道的雙向限位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是中實(shí)例1管道限位布置示意圖；圖6是本發(fā)明中實(shí)例2管道限位布置示意圖。
其中，1、管道，2、橫板，3、立板，4、矩形框架，5、限位碰塊，6、盒形框架，8、管夾，間隙t。
權(quán)利要求
1.一種控制管道振動的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)用低頻振動測試儀對振動的管道進(jìn)行現(xiàn)場測試，分析管道的振動特性；(2)采用有限元軟件，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算、分析、確定管系的固有頻率和振幅；(3)通過有限元分析軟件對管道進(jìn)行動力學(xué)分析，模擬安裝控制管道振動的帶間隙的限位裝置的位置、限位裝置的數(shù)量，計(jì)算管系的固有頻率和振幅，直到滿足管系的一階固有頻率大于3.5Hz和應(yīng)力的要求；(4)確定間隙t值，首先計(jì)算管道的熱位移_S，熱位移_S等于管道運(yùn)行溫度下的線膨脹系數(shù)η與管道的長度l和管道的運(yùn)行溫度T的乘積，即_S＝ηlT，再計(jì)算間隙t值，立管間隙t值按照t＝0.8|_S|選擇；管道水平間隙t值和管道軸向間隙t值按照t＝0.8|_S|和t＝0確定，首先按照t＝0選擇，驗(yàn)算管道的應(yīng)力否合格，若不合格，按照t＝0.8|_S|選擇；使管系的間隙既能滿足管道固有頻率的要求，也能滿足管系在高溫運(yùn)行時應(yīng)力的要求；(5)確定好管道的限位裝置的位置、數(shù)量及限位裝置的間隙t值后，在管道上安裝限位裝置。(6)管道運(yùn)行后，測試分析管道的頻率和振幅，確定是否滿足管道安全運(yùn)行的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的一種控制管道振動的方法，其特征在于在管道振幅大的位置上安裝帶間隙的限位裝置。
3.一種如權(quán)利要求1所述的控制管道振動方法所用的裝置，其特征在于，主要由間隙和限位裝置組成，限位裝置固定在管道的外側(cè)，在限位裝置與管道之間設(shè)有通過計(jì)算確定的間隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的限位裝置由橫板和兩塊立板組成，橫板在管道的下方，兩立板分別設(shè)在管道的兩側(cè)，并垂直固定在橫板的上端，兩立板分別與管道之間有數(shù)值確定的間隙，用于控制橫向管道在水平方向上即X方向上的振動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的限位裝置是由框架組成，框架固定在管道的外周，在框架內(nèi)側(cè)與管道之間有數(shù)值確定的間隙，用于控制立式管道的X、Z兩個方向上的振動。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述的限位裝置由管夾組合件和框架組成，管夾組合件包括管夾和與管夾固定連接的限位碰塊，管夾固定在管道外表面，框架固定在限位碰塊的外周，在框架內(nèi)與限位碰塊之間有數(shù)值確定的間隙。用于控制橫向管道或立式管道的X、Z兩個方向上的振動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述的管夾為上、下兩塊與管道相匹配的Ω形夾板，夾板的兩邊有通孔，通過螺栓連接上、下夾板。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，其特征在于，用于立式管時，所述的限位碰塊可設(shè)置四塊，分別與管夾連接并固定在管道的前、后、左、右方向上即X、Z方向上。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，其特征在于，用于立式管時，所述的框架可為矩形框架，固定在與管道相固定連接的管夾和限位碰塊的四周。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，用于水平管時，所述的框架可為盒形框架，固定在限位碰塊的外周、管道的下部。
全文摘要
一種控制管道振動的方法及裝置屬于減振技術(shù)領(lǐng)域，包括如下用低頻振動測試儀對振動的管道進(jìn)行測試；采用有限元軟件計(jì)算、分析、確定管系的固有頻率和振幅及管道的動力學(xué)分析；模擬安裝控制管道振動的裝置的位置、數(shù)量，計(jì)算管系的固有頻率和振幅，滿足管系的一階固有頻率大于3.5Hz和應(yīng)力的要求；通過管道的熱位移▽S=ηlT和t=0.8|▽S|或t=0確定間隙t值，使管系的間隙既能滿足管道固有頻率的要求，也能滿足管系在高溫運(yùn)行時應(yīng)力的要求；所用控制裝置主要由間隙和限位裝置組成。本發(fā)明通過限制位移的方法和裝置解決了管道的振動問題，提高管道的固有頻率，減小振幅，達(dá)到控制高溫高壓管道異常振動、延長了管道使用壽命，保證了設(shè)備安全運(yùn)行。
文檔編號F16L55/02GK1439837SQ0311196
公開日2003年9月3日 申請日期2003年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
發(fā)明者張都清, 張廣成, 袁中芳, 雒利勇, 趙永寧, 王雪亮 申請人:山東中實(shí)股份有限公司