汽机管道振动防范分析

汽机管道振动防范分析

付彦军

中国能源建设集团山西电力建设有限公司   山西太原   030006 

摘要：现阶段，科学技术的发展迅速，我国的现代化建设的发展尤为突出。在工业生产中，汽机的管道与容器、旋转机构以及其他相关设备连接在一起，在激振力的作用下，管道受到自身重量以及外力作用下，会产生一定的振动。管道长期受到振动影响，造成某一处管道应力集中，该处管道位置容易出现劳损，导致管道出现裂缝或者断裂等现象，引起介质外流，造成严重的安全生产事故。因此，在生产过程中，企业要重视管道振动问题，从管道的安装、验收、运行、检修、维护和保养各个方面进行防范，减少生产过程中的管道振动，以免引起安全事故，给电力企业造成巨大的经济损失。

关键词：汽机；管道振动；防范分析

引言

与传统往复式蒸汽机相较，汽机具备更多的优势，它拥有良好的连续性，且蒸汽流动速度高、蒸汽流量大，功率高。就大功率汽机来说，需选取较高的蒸汽压力与蒸汽温度，所产生的热效应也相对较高。汽机研发出来后，专家对其的研究也更加深入，大部分专家主要着重于对汽机的使用寿命、稳定性进行研究。目前，科学技术取得了进一步发展，汽机综合性能与过去相比明显提升，在热电厂中得到了有效应用，不过汽机的运行会受到很多因素的影响，难以确保其运行的可靠性，例如当振动频率、振动幅度太大时，便会致使汽机出现问题，一旦振动频率与幅度超过限定值，就会诱发汽机故障，甚至诱发严重事故。

1汽机振动的危害性

在电厂发电系统中，汽机是其中的重要模块，一旦汽机出现异常振动，便会对整个发电系统产生影响，严重情况下，可能会出现电厂无法发电的情况，对人们的生活、工厂生产均有着很大影响。

1）隔板汽封磨损。如果隔板汽封磨损情况非常严重，则会增加级间漏气，转子上轴向力也会增加，从而诱发推力瓦乌金溶化。2）端部轴封磨损。低压端部轴封磨损会破坏密封作用，导致空气进入低压缸内，高压缸向外漏气增加，从而促使转子局部受热，出现弯曲现象。蒸汽进至轴系后，会将水分混入润滑油中，油膜会因此被破坏，从而出现轴瓦乌金熔化。3）滑销系统受到严重磨损。滑销系统主要具备两个功能，其一，它可将轴承外壳、汽轮机气缸固定，其二，在运行过程中冷却、受热时，可确保机组自由收缩或膨胀。滑销磨损严重的情况下，会对机组正常热膨胀产生影响，易增加事故发生风险。

汽机振动受到很多因素的影响，在大修调试过程中，振动现象比较常见，对机组运行的可靠性、安全性有着直接影响。如果能够及时明确异常振动产生的原因，明确振动表现形式，便能够总结经验，对异常振动进行详细分析，将这一问题解决。

2汽机管道振动问题

2.1汽机管道受到外力作用

造成汽机管道振动的原因可归结为6种：①汽机管道内有两股气液相流在流动，其中的气体具有很强的压缩性，而液体具有不可压缩性，所以管道内的两相流动时，气体被压缩气压升高后在释放压力时做膨胀运动，造成管道内介质流动压力、流速反复变化，导致了管道振动。②汽机在运行过程中，工人在打开管道阀门的时候用力过度，而此时阀门附近的介质流动状态变化最大，尤其是快速开启或者关闭阀门时，介质变化剧烈也会造成管道振动。③管道运行过程中，管道内的介质出现汽化或者凝结现象，会出现水锤现象，从而导致管道振动。④管道支吊架故障，管道在运行过程中，管道支架的弹簧无法正常发挥弹力、支吊架卡涩无法正常转动、支承刚度不够等问题都会造成管道振动。⑤管道安装问题。管道设计安装过程中，没有考虑到发电厂的实际地形以及布局，导致管道的坡度设计部合理，管道在运行过程中，无法及时排除管道内的空气和流水，从而导致了管道振动。⑥气柱振动系统故障。管道内的气体叫作气柱，气体可以压缩膨胀，所以具有一定的质量。这些质量对管道造成一定的负荷，如果负荷达到一定量时，管道会出现振动。

2.2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，局部形成高于周围压力数千倍的冲击。由于气泡中的物质不能在瞬间溶解到流体物料中或瞬间凝结，在冲击作用下又形成小气泡，并再次被高压流体压缩、凝结，如此反复，这种现象就是汽蚀。在节流装置后的管道上，汽蚀现象会使物料在微小的面积上形成很高的冲击压力，造成管道冲刷的严重损坏，严重时可能造成管道的振动，甚至造成管道的损坏。

3汽机管道振动防范措施

3.1降低气流脉冲振动

为了调整气柱固有频率，避免与激振频率相同产生振动。因此配管设计时，要根据工艺流程和整体布局计算出气柱的固有频率，并调整其频率大小。如果脉动冲击力比较大，则要采取有效的措施降低脉动冲击力。可选择压力脉动比较小的压缩机，一般来说压缩机气缸一个循环周期管道吸气和排气的次数越多，则脉动力越小。可以在压缩机上增加一个缓冲器。设置孔板消除管道振动。孔板能够降汽机管道内部压力，控制气流脉动力。按照振动理论，一个机械的多自由度振动方程式为：MX+CX+KX=F。其中，M代表质量，X表示节点位移矢量，C表示阻尼，K表示刚度，F表示干扰力和激振矢量。从公式可以看出，如果想要控制管道的振动，则可以采取3个方法：①在管道系统上安装平衡块，改变管道的质量，从而达到改变管道系统固有频率，达到避免管道共振现象的发生。②改变管道系统的阻尼，可以在管道的支架上安装金属弹簧、软木等柔性隔离物体，从而达到消除共振的目的。③增加管道系统的刚度，增加支承位置、改变支承位置，从而提高管道过频率，实现消振的目的。在安装的时候，也可以选择管道专用消振器，ZCK型空气悬浮消振器价格比较便宜，消振性能比较好。为了避免消动器弹簧出现移位情况，必须选择限位型的弹簧消动器，将弹簧限制在一定范围内，不会因为振动过于强烈导致弹簧自由幅度变形量太大，以免出现严重的移位跑偏造成支架倾斜倒塌问题。

3.2及时处理汽化现象

汽机在运行的过程中，由于其工况发生变化，便会导致管道内的压力降低较快，而温度降低的速度较为迟缓，所以就会出现汽化的现象，应当及时对其进行排空处理。例如，在启动的过程中，凝结水发生大幅度下降的情况，就需要考虑汽化的因素，在除氧器的入口处，对于凝结水管进行排空处理，或者在水泵跳闸之后，同样也需要在水泵的入口处进行及时的排空。

3.3做好检查

在蒸汽管道正式使用之前，首先要对其进行质量检查，检查的项目为：疏水器的疏水阀门、疏水器的前后手动门是否开启等，这样能够在一定程度上确保水的通畅。与此同时，在进行检查的时候，还需要对于整体工程的质量做出充分的核查，在确定管道的安装工艺符合使用标准之后才能够将其投入使用阶段。

结语

要消除管道的振动现象，应针对引起管道的振动原因进行具体分析，并根据原因制定简单易行的治理措施。当然，改变管道的走向、缩减管道弯头的数量，减少管道的长度，改变管道的材质、安设规模偏大的支持或吊架、增加带有限流特性的孔板、消除汽蚀等都是消除管道振动的方法。但在实际生产中，应从经济角度考虑，怎样简单易行，易于维修，针对管道振动的原因进行有针对性的实施治理。

参考文献

［1］顾鹏程.汽机管道振动防范措施综述［J］.城市建设理论研究（电子版），2014（5）：1340.

［2］畅海芳.汽机管道振动防范措施［J］.电力安全技术，2009，11（1）：61-62.