Вибрации трубопроводов. Причины колебаний трубопроводов. Собственные частоты колебаний трубопроводов. Экспериментальные исследования колебаний трубопроводов нагнетательных установок

.

3) Максимальный динамический прогиб гибкого вала

.

4) Нормальные напряжения вала

.

5) Касательные напряжения при колебаниях

.

6) Приведенные напряжения по третьей теории прочности

.

Таким образом, напряжения в гибком вале будут выше, нежели в жестком, более чем в два раза.

Глава 7.  ВИБРАЦИИ  ТРУБОПРОВОДОВ

7.1. Причины колебаний трубопроводов

Обычно считают, что основная причина колебании трубопроводов и самих машин механического происхождения (наличие неуравновешенных сил инерции движущихся частей кривошипно-шатунного механизма, действующих через жесткие конструкции на всю систему), а не аэродинамического и акустического (действие пульсации давления газа). В связи с этим борьба с вибрациями нагнетательных машин и присоединенных трубопроводов осуществляется способами, не отличающимися от обычно применяемых в других машинах и сооружениях, а именно устройство упругих упор, упругих прокладок, а также увеличение массы фундамента с целью изменения частоты собственных колебаний агрегата. Однако устройством сложных статических и динамических амортизаторов или применением тяжелых скоб и массивных фундаментов можно только частично устранить вибрации трубопроводов и нагнетательных установок. Трубопроводы коренным образом отличаются от любых обычных конструкций, подверженных вибрации. Они имеют специфический источник вибраций в виде пульсирующего потока газа или жидкости в трубах. Кроме того, при устройстве эластичных опор вибрации трубопроводов могут даже увеличиться. Это связано со сложностью определения места расположения упругих опор и способом крепления трубопровода к опорам.

Следует иметь в виду, что если применение того или другого способа крепления может значительно уменьшить или даже погасить колебания самих трубопроводов, то величина пульсации газа в трубах после этих мероприятий остается неизменной. Пульсирующий поток по-прежнему будет вызывать потерю мощности агрегатов вследствие высоких мгновенных давлений, оказывать разрушительное действие на цилиндры компрессоров и измерительную аппаратуру, создавать погрешности в отсчетах и др.

Вибрация от неуравновешенных сил инерции движущихся частей машин передается трубопроводам через непосредственную жесткую связь или через грунт и опорные конструкции. Величина инерционных сил, создаваемых движущимися частями машины, зависит в основном от степени их уравновешенности. Частота колебаний, возникающих под действием этих сил, служит функцией числа оборотов вала машины в единицу времени.

При распространении колебаний через грунт конечные силы, постигая трубопроводы, значительно ослабляются. Однако их нельзя недооценивать, так как при резонансе даже незначительные силы могут вызвать колебания большой амплитуды.

Основным источником вибраций трубопроводов нагнетательных установок в большинстве случаев является пульсирующий поток жидкости или газа.

При одновременной асинхронной работе нескольких машин часто возникают мгновенные высокие давления на выходе цилиндров. Высокие давления наблюдаются при крутых углах поворота трубопроводов с пульсирующим потоком.

Пульсация давления газа снижает пропускную способность трубопровода, что уменьшает производительность установок. Пульсация газа в нагнетательном трубопроводе может привести к увеличению расхода мощности агрегата, поскольку образуются стоячие волны, увеличивается среднее давление в момент выброса очередной порции газа из цилиндра компрессора. Возникающая неравномерная работа клапанов приводит к ускоренному их износу.

Стоячие волны создаются при отражении периодических импульсов газа от переходов, отводов, тройников, колен и т.п. Эти импульсы особенно опасны в условиях акустического резонанса, когда число импульсов от компрессора в секунду находится в таком соотношении с длиной участка трубопровода между компрессором и плоскостью отражения, что на нем укладывается целое число четвертей длины волны давления.

Пульсации давления газа в трубопроводе приводят к преждевременному износу контрольно-измерительной аппаратуры и нарушению точности ее показаний. Погрешность показаний расходомеров, как и манометров, нередко достигает значительных величин.

Известны случаи, когда счетчики и расходомеры показывали направление потока газа в противоположную сторону. Такие искажения наблюдались и на всасывающей и на нагнетательной стороне компрессора.

Пульсации газа оказывают прямое влияние на прочность компрессора, присоединенных к ним конструкций и оборудования: газоочистителей, теплообменников, змеевиков холодильников, строительных конструкций. Пульсации газа в ряде случаев приводят к возникновению недопустимых вибрации надземных трубопроводов.

Вибрации трубопроводов достигают значительных величин, являются серьезной помехой в работе компрессорных станций и служат причиной разрушения коммуникации. Частота вибрации трубопроводов зависит от величины давления жидкости или газа и частоты пульсирующего потока, тина опор и расстояния между ними, жесткости трубопровода, его веса и пр.