喷胶泵管线振动分析及防振加固

　　喷胶泵管线是合成橡胶厂二成品的关键装置,喷胶泵管线的稳定运行是保证安全生产的重要因素。喷胶泵管线在运行中出现严重振动,对成品车间装置的正常生产构成威胁。因此,受厂家委托对该厂喷胶泵管线进行了改造。考虑到厂家提出不改变工艺条件及管线现有布置的要求,通过对喷胶泵管线的振动测试、现有管线振动分析计算,给出管线防振改造方案,方案实施后大大减小了管线的振动,保证了喷胶泵装置的正常生产。

　　1　喷胶泵管线现场主要数据

　　1.1　主要参数

　　管径:264mm×7mm(出、入口);

　　材质:碳钢;

　　保温厚度:5mm;

　　保温材料:珍珠岩;

　　保温材料密度:300kg/m³;

　　介质压力:2000kPa;

　　介质密度:820kg/m³;

　　介质温度:80℃;

　　泵转速:1.35r/s;

　　泵管线系统:分A、B、C、D 4组。

　　1.2　现场实测

　　使用仪器为北京仪器仪表厂生产的GZ-4B型测振仪,通过对振动严重的喷胶泵管线现场实测,测量数据见表1。

　　2　管线振动理论分析及计算

　　2.1　管线振动理论分析

　　二成品车间采用罗茨泵,液体经过泵后的脉动非常剧烈,因管线固有频率过低,当液体的脉动频率与管线系统的固有频率相接近时,导致管线发生共振,加之管线系统原有约束条件不合理及约束不够,使得管线系统发生最大振幅为1575μm的振动,直接威胁安全生产。它会引起管线的疲劳损伤、小口径管线损坏、管线保温层材料的破损、测量计及接管等的损坏、控制系统的误操作以及管线的振动和噪音等,因此,管线设计人员必须十分重视管线振动的消除和控制。

　　消除和控制的对策是消除管线系统的激扰力和改善管线系统的振动特性。对于喷胶泵管线,一方面是消除激扰力,也就是消除振源。然而,消除振源意味着改变工艺条件,这对投入生产的装置难度很大。另一方面,需要采取措施缓减所发生的振动,使其响应控制在一定范围内,这就要改变管线系统的结构特性。

　　管线系统结构的运动微分方程可表示为:

式中:M、C、K分别为管线系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵,通常它们是n×n实对称矩阵;分别为管线系统结构质点的加速度、速度和位移的n阶列向量;F(t)为管线系统结构所承受的激扰力列向量,激扰力包括机械振动、流体振动和地震激扰力,本文只考率流体激扰力。

　　从上式看出,表征管线系统结构的特征是管线系统的结构质量矩阵M、阻尼矩阵C和刚度矩阵K。其中,质量矩阵M在管线尺寸和形状确定以后一般不可能有明显改变,因此,此次抗振设计的着眼点在于提高管线系统结构的刚度和增加管线系统结构的阻尼,这样不仅提高了管线系统结构的固有频率,避免共振发生,而且可有效减小管线系统振幅。