長距離輸水氣液兩相流管道振動特性研究.pdf

1、長距離輸水管道因氣水兩相流動狀態(tài)不斷轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的強(qiáng)烈壓力波動會誘發(fā)管道劇烈振動，引起管道連接部位的松動泄漏和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的降低，甚至發(fā)生爆管現(xiàn)象。為了提高長距離輸水管道運(yùn)行的安全性，并探究氣液兩相流不同流型下重力輸水和加壓輸水的管道振動特性，本文從氣液兩相流流型的基本理論出發(fā)，基于兩相流體與管道的流固耦合作用，對長距離重力輸水和加壓輸水兩種方式在不同運(yùn)行工況下的管道振動幅頻特性進(jìn)行了研究。
　　采用理論與試驗(yàn)結(jié)合的方式，建立了氣

2、液兩相流管道振動數(shù)學(xué)模型，理論分析了管道結(jié)構(gòu)屬性與氣液兩相流體流動特性對輸流管道系統(tǒng)振動固有特性的影響。選用有機(jī)玻璃管材搭建長距離輸水管道試驗(yàn)平臺，通過調(diào)節(jié)氣泵進(jìn)氣壓力控制進(jìn)氣量在0～3.0m3/h之間并調(diào)節(jié)閥門控制流速在0.7~1.9m/s范圍內(nèi)，同時(shí)模擬重力輸水和加壓輸水兩種方式的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和關(guān)閥過渡過程工況。采用三向振動加速度傳感器對水平管道、45°上升管道、45°下降管道以及閥門部位進(jìn)行穩(wěn)態(tài)條件下的振動響應(yīng)檢測，獲得管道軸向和徑向

3、振動加速度頻譜圖。使用關(guān)閥時(shí)間可控的電動球閥和氣動蝶閥進(jìn)行過渡態(tài)試驗(yàn)，研究關(guān)閥和事故水錘對管道振動幅頻特性的影響。
　　理論和試驗(yàn)結(jié)果表明，管道系統(tǒng)的固有頻率會隨著管徑或管材彈性模量的增大以及管長或管材密度的減小而提高。氣液兩相流含氣率的加大在提升管道系統(tǒng)固有頻率的同時(shí)也會提高水平管道的振動強(qiáng)度。在同一水流速下，水平管道軸向振動強(qiáng)度隨含氣率的增加而增大，于泡狀-段塞流過程增長速率最快，并在段塞流流型時(shí)達(dá)到最大。由于水平管道段塞流振

4、動頻域較寬，極有可能發(fā)生管道共振，實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)盡量避免該工況的出現(xiàn)。上升管彎頭由于連接耦合作用，振動強(qiáng)度大。下降管段的振動強(qiáng)度與管內(nèi)氣團(tuán)的發(fā)展密切相關(guān)，應(yīng)盡量避免非滿管流的產(chǎn)生。氣液兩相流過閥產(chǎn)生的局部擾動對上游近閥管段的徑向振動影響劇烈，使管道徑向振動向高頻區(qū)域發(fā)展，軸向振動受其影響較小?？礻P(guān)閥試驗(yàn)中氣體的存在會降低管道中的水錘升壓，且含氣率越高其降低的幅度越大，但水錘波和管道振動的持續(xù)時(shí)間變長。這些對于長距離輸水管道的設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)