洞察固定设备振动-管道系统是如何受到流致振动的影响

简介

过度振动是工业厂房及其周边设备经常遇到的问题，包括管道系统、压力容器和钢结构[1,3]。长期的过度振动会导致疲劳裂纹扩展，进而导致系统失效。因此，一旦出现振动问题，应在短时间内进行评估。过度振动的关键性质引起了人们对更详细地调查和评估潜在问题的极大兴趣。固定设备振动被认为是一个多学科领域，需要过程工程、减压系统设计、流体力学、流固相互作用、旋转设备振动、结构振动、声振动等方面的知识。精确的振动评估包括五个主要步骤:

1. 实施成功的振动监测计划，测量振动水平和频率，
2. 将振动水平与相关标准进行比较，以确定需要关注的区域，
3. 研究不同的激励机制，特别是流致振动(FIV)，以及确定振动的来源，
4. 对系统进行建模，确定系统的振动参数，包括:基频、振型和系统动态响应等
5. 采用设计考虑因素和系统修改，以消除过度振动。

过度振动可能是由于激励频率与系统固有频率重合的结果。振动测量在量化振动的严重程度、确定维修的优先顺序以及采用适当的振动控制方法方面起着重要的作用。根据系统响应和激励机制的性质，应该测量不同的参数来确定振动的来源，如压力波动、加速度和动态应变。有几个因素可能会影响一个成功的振动监测方案的实施。这些因素包括:确定进行测量的关键位置，正确安装传感器，采用高温设备安装解决方案，并确定适当的信号调理参数。

除了量化振动水平外，频率响应的测量还可以为系统及其激励源的激励模态提供有价值的见解。振动源可分为低频(Hz)、中频(30 Hz ~ 300 Hz)赫兹)、高频(>300 .赫兹)．这些分类可以更好地识别激励机制[1,4]。不同的现象会引起管道系统的过度振动，包括流激振动、压力脉动振动和高频声激振动。流致振动通常是由系统中的几何约束引起的。涡脱落和湍流激励是最常见的流致激励类型[5]。压力脉动可能是由一台旋转的设备引起的，并产生不同的频率，这些频率是设备运行速度[4]的整数倍。

在本研究中，更详细地探讨了管道系统受流致振动影响的振动评估步骤。振动数据通过便携式多通道振动分析仪和工业单轴加速度计获得。讨论了振动的不同来源，包括由旋转设备引起的压力脉动、高频声波、湍流和涡流脱落激励。此外，利用CAESAR II[6]管道应力分析软件进行了模态分析。该分析提供了纠正措施，通过确保系统的固有频率和可能的激励频率之间有20%的分离来减轻过度振动。修正改造可能会增加管道系统的热应力，这就增加了对管道热应力进行评价的必要性。