某蒸汽管道布置与应力分析故障解决过程

uesoft

某蒸汽管道布置与应力分析故障解决过程

问题提出人：大连化工研究设计院惠州大亚湾分院 彭工 电话：18665207419 <624808444@qq.com>

提出时间：2010-12-21 09:37:24

项目简介：
蒸汽(t=326C,P=2.7MPa)经Φ273x9mm管道进入用户端。

问题处理：
1，首先使用AutoPDMS3.0启动AutoCAD2006，打开客户发送过来的模型文件 \System\d\客户例题\大连化工研究设计院惠州大亚湾分院\模型1.dwg，输入sad命令，提示请选择起始元件，选择任意一个管道，弹出警告框“没有设置管道端点位移.请在管系中端点设一个管道端点位移”，确定。使用删除命令e，删除某端的固定支架。选AutoPD菜单“管道建模-应力计算-设置管道端点位移”，或者输入gwy命令，设置管道端点位移，选择删除了固定支架的管端，设置D1的X、Y、Z三个方向线位移为0，，把模型另存为 模型2.dwg。
2，输入sad命令，导出cad模型为AutoPSA文件 模型2.psa，输入sar命令，启动AutoPSA计算。
3，AutoPSA顺利通过错误检查。点击推荐工况按钮，计算，查看结果，发现6、9号支吊架Z方向推力高达11吨以上，7、8号支吊架Z方向推力高达8吨以上，6、7、8、9号支架附近弯头二次应力超标。点击菜单“应力分析-动力分析-选择分析类型-模态”，点击图标计算(类似跑动人形)，在弹出对话框选择自振频率-标准报表，看到管系1阶自振频率0.12Hz，该管系极易振动。
4，仔细查看该管道，发现7、8号改为弹簧架有助于承担管道向上膨胀的重量载荷，6、9号改为X、Z方向限位架有助于防止管道振动。使用hs命令，修改7、8号支架为弹簧架，6、9号支架为X、Z方向限位架，把模型另存为 模型3.dwg。
5，重复步骤2，对修改的模型导出，运行应力分析，AutoPSA顺利通过错误检查。点击推荐工况按钮，计算，查看结果，发现各支吊架推力急剧减小至11788N以下，推力矩也急剧减小至2708Nm以下。从静力分析看，各支架分配荷载均衡合理，应力适中。从动力分析看，管系1阶自振频率0.277Hz，虽然与《火力发电厂汽水管道设计技术规程DL/T5054-1996》第7.2.1.1节要求的“管道的一阶固有频率应大于3.5Hz”相差甚远，但与最初的0.12Hz相比增加了1倍以上，因此相对最初管系而言这是比较优化的管道布置。最初、最终模型分别为 模型1.dwg、模型3.dwg(AutoCAD2004格式)，被压缩在下面的rar格式压缩包里，可供下载。

评价：
经过多次修改管系计算分析对比结果，在获得的最终管系上各支架分配荷载均衡合理，应力适中。从动力分析看，管系1阶自振频率0.277Hz，虽然与《火力发电厂汽水管道设计技术规程DL/T5054-1996》第7.2.1.1节要求的“管道的一阶固有频率应大于3.5Hz”相差甚远，但与最初的0.12Hz相比增加了1倍以上，因此相对最初管系而言这是比较优化的管道布置。
(本管系还可以进一步优化，使得管材的许用应力极限得到充分发挥。限于时间，不在此讨论，设计者可自行根据力学理论利用AutoPD、AutoPSA进行优化。)

2010122121585174972.rar (32 KB, 下载次数: 2807)

2010-12-21 21:59 上传

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某蒸汽管道布置与应力分析故障解

gxmyg

请问版主，管系1阶自振频率应调整到多大为合适，说明都没有说过，而且离3.5HZ确实也很远，有问题吗？

uesoft

管道系统是一种连续的机械系统，具有无限多个自振频率。CAESARII或AutoPSA等软件把管道离散为有限的集中质量，因而可以得出有限个近似的自振频率，这些频率没有考虑阀门电动头等的分布式几何特征，但软件计算出的自振频率特别是低阶的频率如1阶自振频率具有重要指导意义。

工程上为了避免共振，一般要求运行操作避开n阶自振频率fn有20%的裕量，即要求运行时激励频率fr不能落在(0.8~1.2)*fn之间，即不得满足0.8fn<=fr<=1.2fn。因此，对于重要的管道，比如水泵、压缩机、旋转机械进出口管道，应使用振动计算软件Fluent、ANSYS或Flowmaster、pipenet、aft impulse、UESoft AutoPFA进行各个运行工况的验算，我们推荐使用美国的Fluent或ANSYS这2个市场占有率最高的著名分析软件做计算。更为重要的做法，是操作上不得进行大工况变化，如突然停机、快速关闭阀门等引起较大冲击力和高频率冲击力的操作。

所以，我认为《火力发电厂汽水管道设计技术规程DL/T5054-1996》第7.2.1.1节要求“管道的一阶固有频率应大于3.5Hz”，应该是基于工程设计和运行的实践考虑提出来的，至于准确度，不好评价，能达到或超过这个频率应该一般可以满足大部分减振要求。我们收到的客户例题，很难满足这个标准，那么这是否说明我们的客户设计的管道绝大部分都可能会遇到潜在的振动问题?这是可能的，我们接到过宁夏石嘴山某个自备电厂的求助电话，希望解决电厂的某管道振动问题，我们不了解现场情况，也没有实际经验解决振动问题。最后，他们求救西安热工研究院，好像也没有得到回复。看来，设计院的确应该重视支吊架的设置和管道的减震问题，运行单位也应提高管理和生产运行质量，提高技术水平，文明生产，不得粗暴操作。

用户可以从百度搜索振动的解决办法，这里提供2例：

管道振动的原因及消除方法
http://bbs.bjx.com.cn/thread-526949-1-1.html

发电厂给水管道振动的原因分析及消除
http://wenku.baidu.com/view/056e2528cfc789eb172dc874.html

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