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原文传递低温管系动力学响应分析

论文题名：	低温管系动力学响应分析
关键词：	低温管系;管系振动;动力学响应;疲劳断裂;应力分析
摘要：	在低温领域，低温管系用以输送流体介质、传递流体动力及信息。与低温管系相连的各种动力设备（如往复式压缩机、泵）工作时存在一定的间隙性与周期性，动力设备对管内流体提供一定的激发，使管内流体呈脉动状态。脉动流体对管系弯头、异径管、阀门等元件集中施加一定周期的脉动激振力，引发管系振动。管系振动会使管系连接部位发生磨损、松动，使管系支吊架发生疲劳断裂。若管系持续振动，会造成仪器仪表精度下降，接管、三通及弯头损坏进而引起整个管线的破坏，造成严重事故。　　结合国内外管系振动标准，以蓝科高新2万方低温贮罐配套管系（低温乙烯液体输送管系）为研究对象，对低温管系中动力设备引起的振动问题进行研究，分析引起低温管系振动的原因及影响管系振动的因素，并应用CADWorx或CAESARII软件建立低温管系物理模型，针对不同工况下低温管系进行静力学与动力学响应分析，根据计算结果提出了相应的改造措施。具体工作包括：　　1.进行低温管系静力学分析，校核了低温管系的一次应力、二次应力及管系位移水平，验证了现行设计的可行性，并介绍了不同类型的低温管系支吊架建模注意事项及其使用方法。利用CAESARII软件对管系进行了应力、位移、约束分析，结果表明管系最大应力比均小于1，管系线位移偏大，管系横向、纵向受力较大。因此，管系与设备连接管口因承受设备重量、基础沉降等受力过大；管系中因固定支撑与导向不足，管系稳定性不够。据此提出了相应的改造措施，优化管系设计。　　2.以低温潜液泵出口管系为例，应用CAESARII软件进行谐响应分析，获得了潜液泵轴频激励下流体压力脉动激发的管线谐响应结果。表明：原管系基频过低，应力超标，压力脉动下管系振动剧烈，需采取一定的防护措施以消弱管系振动。通过改变管系支撑结构与布置，减小管口附加位移，调整阀门等附件在管系中的位置，一次应力比降低了38.8%,二次应力比为原来的3倍，基频提高了219.5%。管系固有频率避开了共振区，最大振幅从22mm减小到不到2mm，管系振动趋势明显减弱。　　3.应用CAESARII软件对某低温乙烯液体输送管系进行动态分析，校核了在泄放阀泄放反力作用下管系的位移、应力是否符合规范，并对管系结构进行了优化。结果表明：原管系基频过低、应力超标，距离泄放阀最近端管系弯头纵向振幅较大，泄放阀泄放反力作用弯头位置横向振动剧烈，须重新对管系进行改进。据此提出改进方案：①将管系中间位置约束改为固定支撑，以增大管系刚度；②将距离泄放阀最近弯头处承重支撑改为弹簧支撑，以承担竖直方向的反冲力；③在泄放阀进口管段设置阻尼约束，泄放阀出口管弯头位置加设承重支撑与限位，并调整限位与管系之间的间隙，找到最佳间隙为6.63mm。据改进后的方案重新建模并分析，管系在X、Y、Z向的最大振幅分别减弱了88.12%、76.02%、99.86%。
作者：	李军
专业：	动力工程
导师：	陈叔平
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文