Материал: Исследование и расчет виброопор трубопроводов

Выбранный ранее виброизолятора ВР-202 по новому значению  не удовлетворяет неравенствам  .. В соответствии по расчетным данным выбран тип виброизолятора ВР-203:

> 834 Н

< 149080 Н/м

Необходимые условия при виброизоляторах ВР-203 выполнены.

Определяем собственную частоту колебаний виброизолированного агрегата в вертикальном направлении, (Гц):

где = 9,8 м×с-2;

Определяем величину эффективности акустической виброизоляции , (дБ) по формуле 14:

где - основная расчетная частота вынуждающей силы агрегата, Гц;- собственная частота колебаний виброизолированного агрегата, в вертикальном направлении, Гц.

 дБ > 26 дБ =

Подобранная виброизоляция обеспечивает требуемую эффективность.

Виброскорость по суммарному сигналу спектра вибраций в диапазоне частот 2-6000 Гц после установки вибродемпфирующих опор должна снизиться с 220 мм/с до 30 мм/с, т.е. примерно в 7 раз.

Основные технические характеристики колебательной системы определяются вибрирующей массой, а также демпфирующими и упругими свойствами. Если частота вынуждающей силы близка к собственной частоте системы, т.е. к частоте резонанса, то результирующая амплитуда колебаний становится особенно высокой. Изменения вибрирующей массы или упругих свойств системы приводит к изменению частоты собственных колебаний системы.

Путем изменения этих характеристик можно достичь необходимой разницы частоты собственных колебаний системы и частоты возбуждающей силы, в результате чего система перестает функционировать в режиме резонанса и амплитуда колебаний снижается. Фактически амплитудно-частотная характеристика сдвигается относительно исходной собственной частоты.

Уход от резонанса (или отстройка от резонанса) выполняется изменением массы или же повышением коэффициента жесткости k системы, в качестве типового решения.

Измерение вибрации трубопровода при периодическом контроле следует производить в следующих режимах:

пуск гидроагрегата;

холостой ход;

параллельная работа с сетью при нагрузках от нуля до номинала ступенями по 20 % номинальной;

останов гидроагрегата.

Оценка вибрации трубопровода производится по размаху виброперемещения.

При вибрации напорного трубопровода возникают два вида циклических деформаций: поперечная деформация оси секции трубопровода, лежащей на двух опорах (балочная форма колебаний), и радиальная деформация круглой формы сечения оболочки. В натурных условиях могут возникать оба вида деформаций трубопровода одновременно.

Формы колебаний трубопроводов определяются при одновременном осциллографировании вибрации в разных точках оболочки трубопровода.

Для выделения балочных форм колебаний датчики располагают в вертикальном направлении сверху и снизу трубопровода в сечениях оболочки, расположенных по трассе трубопровода. Для определения оболочечных форм датчики располагают по окружности выбранного сечения оболочки (рисунок 13). Количество датчиков должно быть достаточным для определения формы колебаний.

Рекомендуется произвести предварительно определение собственных частот соответствующих балочным и оболочечным формам колебаний. Сравнение полученного ряда собственных частот с измеренными значениями частот трубопровода позволит оценить возможные формы колебаний и оптимально разместить датчики вибрации для определения имеющихся форм колебаний трубопровода.

Рисунок 10. Установка вибродатчиков для определения форм колебаний трубопровода:  - вибродатчик

Для каждого напорного трубопровода специализированной организацией должны быть разработаны индивидуальные критерии безопасного состояния с указанием предельно допустимых значений вибрации и пульсаций давления в контролируемых точках.

Заключение

Наиболее радикальным способом предупреждения вибрации трубопровода является устранение ее причин, т.е. ликвидация источника образования пульсаций давления в какой-либо части проточного тракта.

Если частота вибрации трубопровода совпадает (или кратна) с частотой пульсации давления в отсасывающей трубе гидроагрегата, эффективным является осуществление следующих мероприятий:

пуск атмосферного воздуха в центральную зону отсасывающей трубы в режимах пульсаций;

изменение проточного тракта, если пульсации вызываются конструктивными недостатками гидротурбины (установка или съем конуса-обтекателя или изменение его профиля, замена лабиринтов, установка ребер и т.п.).

Устранить вибрацию возможно также путем изменения собственной частоты колебаний трубопровода. При этом возможна установка ребер жесткости на оболочке, установка дополнительных опор, обетонирование части оболочки трубопровода.

Повышенную вибрацию трубопровода может вызвать наличие зазоров между катками и опорными плитами промежуточных опор. При этом снижение вибрации достигается регулировкой опор.

В некоторых случаях целесообразно, помимо конструктивных мер, вводить режимные ограничения, позволяющие избежать длительной работы трубопровода при повышенных вибрациях.

Общие методы борьбы с вибрацией классифицируются следующим образом:

снижение вибраций в источнике возникновения путем снижения или устранения возбуждающих сил;

регулировка резонансных режимов путем рационального выбора приведенной массы или жесткости системы, которая колеблется;

вибродемпфёрование - снижение вибрации за счет силы трения демпферного устройства, то есть перевод колебательной энергии в тепловую;
динамическое гашение - введение в колебательную систему дополнительной массы или увеличение жесткости системы;

виброизоляция - введение в колебательную систему дополнительной упругой связи с целью ослабления передачи вибраций смежному элементу, конструкции или рабочему месту.

Повышенная вибрация трубопроводов может привести к их преждевременному износу и технологическим авариям. Для предотвращения повреждения трубопроводов необходимо проводить замеры уровня вибрации в процессе пусконаладочных работ, при сдаче в эксплуатацию и в процессе самой эксплуатации для выявления причин повышения вибраций и проведения мероприятий по ее устранению.

Причинами повышенной вибрации трубопроводов могут быть недопустимые пульсации давления перекачиваемого вещества и его вихреобразования, совпадение частот пульсаций потока вещества и участка трубопровода, повреждение опорных конструкций, изменение гидродинамических характеристик трубопровода из-за ошибок при выполнении ремонтных работ.

Вибрация трубопроводов зависит также от способа его крепления на опорах. Измерения вибрации проводят в контрольных точках в двух плоскостях на одинаковых расстояниях по всей длине пролета, а в местах крепления тройников, арматуры и отводов - в трех плоскостях. Измерения вибрации элементов опор трубопровода и их фундаментов осуществляют в трех направлениях, а фундамента в трех направлениях в двух точках: на верхней поверхности и на уровне грунта.

Уменьшение вибраций является актуальной задачей, так как способствует повышению надежности трубопроводов и увеличению мощности гидроагрегатов. Целью работы было снижение уровней вибраций трубопроводов, было достигнуто путем установки дополнительных опор на напорных трубопроводах, виброизолятора и высоковязкого демпфера.

Разработанная конструкция обеспечивает высокую степень виброизоляции, что позволяет снизить влияние вибрации на трубопровод и повысить надежность и долговечность ее эксплуатации, а также производительность работы.

Технология высоковязкого демпфера имеет все преимущества практически по всему перечню вышеупомянутых требований, предъявляемых к амортизирующим устройствам.

Преимущества использования технологии высоковязкого демпфера заключаются в следующем:

способность демпфирования любых видов динамического воздействия (вибрация, удары, сейсмика, и т.д.);

продолжительный срок службы без ремонта и обслуживания;

устойчивость к тепловому и радиационному воздействию, агрессивным средам;

взрыво- и пожаробезопасность;

незначительная сила реакции, действующая на трубопровод при тепловых расширениях;

отсутствие запаздывания срабатывания при динамической нагрузке;

возможность регулирования характеристик;

низкая стоимость изготовления и эксплуатации.

Высоковязкие демпферы могут быть рекомендованы для повышения динамической надежности и увеличения срока службы трубопроводов при всех видах динамических нагрузок. При защите трубопроводов и оборудования от динамических нагрузок использование технологии высоковязкого демпфера дает существенные преимущества в обеспечении надежности и безопасности защищаемых трубопроводов, позволяет снизить число устанавливаемых устройств, а также первичную и эксплуатационную стоимость системы защиты.

Список литературы

1. Бабин Л.А. и др. Типовые расчеты при сооружении трубопроводов. - М.: Недра. 2013 - 255 с.

. Васильев А.В. Моделирование и снижение шума и вибрации энергетических установок и присоединенных механических систем. Монография. Самара, 2011.

. Золотницкий Н.Д., Пчелинцев В.А. Охрана труда в строительстве. Учеб. для вузов. - М.: Высшая школа, 2008. - 408 с.

. Костарев В.В. и др. Повышение динамической надежности и продление службы трубопроводов при использовании технологии высоковязкого демпфера, «Тяжелое машиностроение» №8, 2010.

. Малов М.Ю., Берковский А.М. и др., Анализ прочности технологических трубопроводов АЭС, М:. Машиностроение, 2012.

. Строительство магистральных трубопроводов. Сварка. - М.: Миннефтегазстрой, 2010. - 96 с.

. В. Н. Алексеев, А.М. Берковский, П.С. Васильев. Высоковязкие демпферы для защиты трубопроводов от вибрации, М:. Машиностроение, 2013.

. В.В. Костарев, Д. Ю. Павлов, А.Ю. Щукин, Анализ прочности технологических трубопроводов, М:. Машиностроение, 2014.