長(zhǎng)距離輸水氣液兩相流管道振動(dòng)特性研究.pdf

1、長(zhǎng)距離輸水管道因氣水兩相流動(dòng)狀態(tài)不斷轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的強(qiáng)烈壓力波動(dòng)會(huì)誘發(fā)管道劇烈振動(dòng)，引起管道連接部位的松動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(duì)長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)特性對(duì)輸流管道系統(tǒng)振動(dòng)固有特性的影響。選用有機(jī)玻璃管材搭建長(zhǎng)距離輸水管道試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)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(mén)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(guò)渡過(guò)程工況。采用三向振動(dòng)加速度傳感器對(duì)水平管道、45°上升管道、45°下降管道以及閥門(mén)部位進(jìn)行穩(wěn)態(tài)條件下的振動(dòng)響應(yīng)檢測(cè)，獲得管道軸向和徑向

3、振動(dòng)加速度頻譜圖。使用關(guān)閥時(shí)間可控的電動(dòng)球閥和氣動(dòng)蝶閥進(jìn)行過(guò)渡態(tài)試驗(yàn)，研究關(guān)閥和事故水錘對(duì)管道振動(dòng)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(huì)隨著管徑或管材彈性模量的增大以及管長(zhǎng)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(huì)提高水平管道的振動(dòng)強(qiáng)度。在同一水流速下，水平管道軸向振動(dòng)強(qiáng)度隨含氣率的增加而增大，于泡狀-段塞流過(guò)程增長(zhǎng)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度大。下降管段的振動(dòng)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(guò)閥產(chǎn)生的局部擾動(dòng)對(duì)上游近閥管段的徑向振動(dòng)影響劇烈，使管道徑向振動(dòng)向高頻區(qū)域發(fā)展，軸向振動(dòng)受其影響較小?？礻P(guān)閥試驗(yàn)中氣體的存在會(huì)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(dòng)的持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。這些對(duì)于長(zhǎng)距離輸水管道的設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)