管道振動產(chǎn)生的原因及危害
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管道內(nèi)部的介質(zhì)多為流體，即氣體或液體，因此管道以內(nèi)部介質(zhì)種類分為氣體管道和液體管道。由于管道內(nèi)流體參數(shù)往往是隨時間而變化的，因而常導(dǎo)致管道振動。與往復(fù)機械相聯(lián)的管道內(nèi)部介質(zhì)特性波動比較常見，因此往復(fù)機械相關(guān)管道振動也是常見異?，F(xiàn)象之一。在介紹管道振動原因之前，我們先了解一下流體在管道內(nèi)的流動。
可壓縮流體與不可壓縮流體
如果流體的密度等于常數(shù)，我們就稱它為不可壓縮流體；反之若其密度不等于常數(shù)，就稱為可壓縮流體。一般情況下，液體的可壓縮性很小，通常按不可壓縮流體處理；若壓力變化很大（液壓沖擊），則應(yīng)當(dāng)按可壓縮流體處理。氣體的可壓縮性相對比較大，但當(dāng)氣體壓力變化較小，且流速也很小時，可按不可壓縮流體處理。習(xí)慣上馬赫數(shù)M＜0.15～0.3的氣體流動問題近似地當(dāng)做不可壓縮流體處理。馬赫數(shù) ，c－聲速，u－氣體流速。
定常流動與非定常流動
根據(jù)流體流動參數(shù)是否隨時間變化的特性，可將流動分為定常和非定常流動。
定常流動，是指流場中各點的流速v、壓力p、密度ρ 和溫度T 等流動參數(shù)均不隨時間而改變的一種流動，因此也稱穩(wěn)定流動。
非定常流動，是指流場中固定空間點上的任動參數(shù)，隨時間而改變的一種流動，也稱非穩(wěn)定流動。
層流與湍流
流體在管道內(nèi)流動時，根據(jù)流體質(zhì)點的運動是否紊亂，其流動狀態(tài)可分為層流和湍流。
層流是指流體質(zhì)點間相互不混雜的流動，亦稱片流。
湍流是指流體質(zhì)點相互混雜而無層次的流動，亦稱紊流。
湍流時，由于液體質(zhì)點的不規(guī)則運動，使空間上任一點的流速無論其大小或方向都隨時間而變化（其它流動參數(shù)也可能隨時間而變化）。因此，湍流實質(zhì)上總是非定常流動。從層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鲿r，管道內(nèi)流體的平均流速稱為臨界流速。
允許流速
管道內(nèi)流動的流體的允許流速，通常由不產(chǎn)生振動和不產(chǎn)生水擊等因素來決定。以下給出了幾種實際應(yīng)用情況下的流體在管道內(nèi)的允許流體。
管道振動產(chǎn)生的原因及危害
液體管道
一般來說，管道系統(tǒng)的壓力和流量波動是產(chǎn)生液體管道振動的主要原因，造成波動的根源包括以下幾個方面：
液壓系統(tǒng)中換向閥關(guān)閉，突然停止管道中液體流動，出現(xiàn)液壓沖擊，使管道產(chǎn)生振動。在圖1所示液壓系統(tǒng)中，當(dāng)換向閥開啟且開度不變時，液體在管道內(nèi)保持穩(wěn)定流動。開始時管道內(nèi)液體自左向右流動，此時管道中的流速和壓力稱為起始流速和起始壓力。
液壓系統(tǒng)控制的運動部件制動時產(chǎn)生的液壓沖擊使管道產(chǎn)生振動。如圖2所示，液壓動力源經(jīng)換向閥供油，從右管道進入執(zhí)行元件液壓缸右腔，活塞組件帶動外負載向左運動。當(dāng)換向閥突然關(guān)閉，油液被封在液壓缸兩腔及左、右管道中，由于慣性，活塞組件的運動不能立即停止，急需運動，使液壓缸及左管道內(nèi)液體受壓縮，壓力急劇上升，最終達到某一壓力峰值，于是液壓缸及管道內(nèi)將產(chǎn)生液壓沖擊。當(dāng)運動部件的動能，全部轉(zhuǎn)化為液體的彈性能時，活塞組件將停止運動。此時液體的彈性能開始釋放，并改變活塞組件的運動方向，使活塞組件向右運動。這樣交替變換運動方向，將持續(xù)地振蕩一段時間，使管道產(chǎn)生振動，直到液壓系統(tǒng)的內(nèi)泄漏、外泄漏及摩擦損失耗盡了全部能量之后，管道的振動才能停止。
液體流經(jīng)節(jié)流口處，將引起空穴現(xiàn)象，致使管道產(chǎn)生振動。在流動的液體中，因流速變化引起壓降而產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象稱為空穴現(xiàn)象?？昭ìF(xiàn)象將使管道產(chǎn)生噪聲和振動，并使管道內(nèi)部表面受到腐蝕。圖3所示為液體流經(jīng)節(jié)流口處出現(xiàn)空穴現(xiàn)象的示意圖。當(dāng)液體流到圖示節(jié)流口的喉部位置時，根據(jù)伯努利方程，該處壓力值將降到很低。若在工作溫度下，此壓力值如低于液體的空氣分離壓，溶解于液體中的空氣將迅速大量分離出來；如低于液體的飽和蒸汽壓，液體將迅速汽化。不論是前者還是后者，液體中都將出現(xiàn)大量氣泡，這些氣泡隨著液體流到壓力較高的部位處，因受不了高壓而破滅，產(chǎn)生局部的液壓沖擊，發(fā)出噪聲并引起管道振動。
液壓系統(tǒng)中，因U形管內(nèi)液體的振動而引起管道振動。
液壓泵和液壓馬達的結(jié)構(gòu)參數(shù)、液壓泵的進油管道設(shè)計不正確，將產(chǎn)生管道的振動。
管道內(nèi)液體的流動速度過快，管道系統(tǒng)的設(shè)計與配置不正確，而產(chǎn)生管道振動
氣體管道
氣體流動激勵管道產(chǎn)生的機械振動。管道內(nèi)所均勻充滿的氣體稱為氣柱。氣柱具有可壓縮及膨脹的性質(zhì)，因此氣柱本身是一個具有連續(xù)質(zhì)量的彈性振動系統(tǒng)。彈性振動系統(tǒng)受到一定激勵后，將會產(chǎn)生振動。壓縮機汽缸的周期性吸氣和排氣，使氣流的速度和壓力產(chǎn)生周期性的變化，即氣流脈動，形成對管道內(nèi)氣柱的激勵，使氣柱振動。管道內(nèi)氣柱振動的結(jié)果，將產(chǎn)生管道內(nèi)的壓力脈動，從而形成管道的振動。
機械振動系統(tǒng)激勵管道產(chǎn)生的振動。管道本身、管道附件和支架等所構(gòu)成的管路系統(tǒng)實際上也是一個機械振動系統(tǒng)，當(dāng)壓力脈動作用在管路的轉(zhuǎn)彎處或管道截面變化處，將產(chǎn)生不平衡力，此力將引起管道的機械振動。
生產(chǎn)實踐表明，壓縮機機組及管道的振動，絕大部分都是氣流脈動所引起的。氣流脈動將激發(fā)管道產(chǎn)生機械振動。管道振動反過來又會引起機組的振動。因此，消除管道系統(tǒng)的振動，首先應(yīng)考慮消除氣流脈動。
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