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管道系统振动(速度)极限的经验法则

张贴者 The 福斯克Team 于01.06.17

By: Jens Conzen, Director Plant Services, 福斯克& Associates, LLC

典型的动力和加工厂系统将始终在运行中振动。例如,这是由于诸如湍流,声学之类的各种原因,或由于来自旋转设备的激励。因此,重要的是要监测振动水平,以确保该水平不是安全问题。出现的一个主要问题是:什么水平的管道振动变得严重,应该测量哪些参数?

本文的目的是为在电厂或加工厂面临振动问题的工厂工程师,振动工程师和经理提供一个简单的经验法则。在新工厂投产期间,功率提升后或更换主要设备后,可能会发生管道系统的振动问题。

振动数据通常由加速度传感器(例如,加速度计–图1)捕获。在这种情况下,以加速度与时间或加速度与频率的格式显示数据将是最简单的。在某些情况下,其他参数(例如间隙)可能更为重要。例如,在旋转机械中,用轴承附近的接近传感器监控轴的位移并不少见。高频时位移变小,而低频时加速度变小。振动速度是加速度的导数和位移的整数值。因此,它位于位移和加速度之间的中间位置,因此覆盖了更宽的中心频率范围。管道振动通常发生在更中心的频率范围内,即10到1000 Hz,这使振动速度成为有吸引力的参数。最重要的是,它还涉及动态应力。对于共振时振动的任何线性结构,可以使用以下相关性:

公式-参考1.png(参考文献1)

最大动应力等于材料中最大振动速度(Vmax)与声速之比乘以弹性模量(E)乘以某个常数(比例因子)。即使在很大的系统尺寸,几何形状,振动模式和频率范围内,该常数也不会有太大变化。 NUREG-1061建议简单实用的结构元素的范围为1到3。这种相关性适用于具有任何实际截面形状和边界条件的梁(即管道)和板的任何弯曲振动,因此振动速度成为解决结构振动严重性的合适参数。可接受的水平是多少?允许极限在某种程度上取决于系统大小,布局和振动模式。因此,最好从管道应力报告或地震分析中得出验收标准。对于这种信息不易获得的情况,凭经验法则将很方便。建立振动速度的经验法则作为管道振动的一般严重性标准的最好方法是关联实际的现场经验数据。案例应涵盖广泛的发电厂和加工厂管道系统。

在考虑现场经验之前,我们首先来看一下核电厂管道振动速度限制的主要设计标准,即ASME ANSI-OM3。该标准提供了一个允许的零峰速度,该速度是从上述线性应力-速度关系得出的。 EdF(法国电力公司)的工程师进行了一项研究,以验证通过将ASME ANSI-OM3应用到181种不同的管道设置中,以12 mm / s的一般筛选标准是否会保守地限制典型的工厂管道几何形状。这些设置涵盖了工厂内部可能遇到的大多数配置。所有设置都具有足够的静态和抗震设计,可以满足法规设计要求。 99.7%的分析几何体显示出允许的速度高于12 mm / s,这使得建议的筛选水平显得非常保守。

另一方面,NUREG-1061考虑了现场经验。它指出,对于典型的电力和过程工厂管道系统,包括附加的设备和支撑,允许的水平约为40 mm / s。显然,这是一个比理论值高得多的允许水平。造成这种差异的一个原因可能是在分析中使用了线性边界条件,由于模型的刚性,线性边界条件往往会引起更高的应力。现场经验可能会提供更好的价值。
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由于设备的使用年限,操作磨损和普遍恶化也会对疲劳强度产生影响,因此建议将其考虑在内。根据Fauske and Associates,LLC(FAI)的经验,建议使用25 mm / s的允许峰值水平进行筛选。

根据我们的现场经验,低于此阈值的振动水平应该不会有什么问题。接近此阈值的振动水平被认为是粗糙的运行配置。小口径的管道往往会先受到损坏。对于无支撑的配置(例如排水管(滴水管)或采样管线)尤其如此。这些线几乎没有阻尼,很容易被激励。系杆支撑可以提供快速补救。安装在管道上的与安全相关的设备(例如自动隔离阀)应单独评估,并可能要求较低的允许水平。

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                                                       图1 FAI工程师测量蒸汽阀杆上的振动数据

总之,振动速度被认为是管道系统振动严重程度和受灾程度的适当一般指标。它可以用作评估管道振动严重性的验收标准。振动级别被分类为不安全的阈值必须从应力分析报告中得出。在没有详细分析的情况下,建议使用25 mm / s的峰值振动速度作为筛选标准。如果您喜欢这篇文章,请订阅我们的博客。现在订阅

本文的文本是根据列出的参考文献中的信息和段落进行汇编的。

参考文献
1. NUREG-1061,美国核管理委员会的报告-管道审查委员会,其他负荷和负荷组合的评估,
1984年固定资产投资。
2. Sebastien C.,使用ANSI-OM3标准和法规设计规则,ASME压力容器和管道的12 mm / s筛分振动速度。
2005年管道事业部会议
3. ASME ANSI-OM3,《核电厂管道系统的运行前和初始启动振动测试要求》,1982年

For more information or to discuss, contact: Jens Conzen, Director, Plant Services, 福斯克& Associates, LLC, [email protected] (630)887-5203, www.yqlife.cn

 

 

 

话题: 核电厂, 管道振动, 工厂管道

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