隔膜计量泵管道系统振动消除实例分析.pdf

有色设 备2 0 1 3年第 4期 隔膜计量泵管道 系统振动消除实例分析 王 新 增 刘 德 忠 1 中国恩菲工程技术有限公 司 电气及 自动化事业部 北京 1 0 0 0 3 8 2 中国恩菲 工程技术有 限公 司 台 金事业二部 北京 1 0 0 0 3 8 摘要 隔膜计量泵 当前 已成为流体计量应用的主力泵型 但 由于其具有周期性 的吸入排出浆料 的工作特点 导 致管道系统内产生了激振力 激振力使管道产生振动 严重 时导致管 道破裂 介质外 泄 引起严重 的生产事故 笔 者通 过实 际应 用中的案例 从 各方面分析了产生激振 力的原因 并根据分析 计算结 果解决 了所 遇到的激振力所 产 生的振 动破坏 问题 对实际应用有一定的参考意义 关键词 隔膜计量泵 激振 力 激振频率 缓 冲器 共 振 中图分类号 T H 3 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 8 8 8 4 2 0 1 3 0 4 0 0 2 0 0 3 An a l y s i s o f Vi b r a t i o n El i mi na t i o n o f Pi pi n g S y s t e m o f Di a phr a g m M e a s ur i n g Pu m p W ANG Xi n z e n g LI U De z h o n g 1 E l e c t r i c a l a n d Au t o ma t i o n D e p a r t me n t C h i n a E NF I E n g i n e e r i n g Co r p o r a t i o n B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 C h i n a 2 T h e 2 Me t a l l u r g y De p a r t me n t Ch i n a E NF I E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n Be i j i n g 1 0 0 0 3 8 Ch i n a Abs t r ac t Di a p h r a g m me a s u r i n g p ump h a s b e c o me t h e ma i n t y p e o f p u mp i n t he a p p l i c a t i o n o f l i q u i d me a s u r i n g Ho we v e r t h e wo r k i n g c h a r a c t e r i s t i c o f t h i s p u mp i s p e r i o d i c s u c t i o n a n d d i s c h a r g e o f s l u r r y whi c h c a us e s p i p e v i b r a t i o n a n d i n s e v e r e c a s e p i p e b r e a k a g e a n d me d i u m l e a k a g e a s we l l a s s e r i o u s o p e r a t i o n a c c i d e n t s Ba s e d o n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n t hi s a r t i c l e a n a l y z e s t h e c a u s e o f v i b r a t i o n p r o v i d e s a s o l u t i o n t o t h e v i b r a t i o n d a ma g e b r o u g h t a b o u t b y t h e e x c i t i n g f o r c e wh i c h c a n b e a r e f e r e n c e t o a p pl i c a t i o n Ke y wo r ds d i a p h r a g m me a s u r i n g pu mp e x c i t i n g f o r c e e x c i t e d f r e q u e nc y b ump e r s y mpa t h e t i c v i b r a t j o n O 引 言 隔膜计 量泵 管道 系统 的主要 任务 是输送 特殊 的 液体介质 如高粘度 具有腐蚀性 易燃 易爆 以及有 毒 的各 种液 体 然 而在 生产 中 常 由于 各种 原 因使 管 道 产生 振动 管道 长期 受到 振动会 产生 疲劳 破坏 尤 其是在应力集中处 可导致管道破裂 介质外泄 引 起严重 的生产事 故 从 而带 来经 济损失 甚 至造成 环 境污 染 人 员 伤亡 的 重 大事 故 因此 为 了安 全 稳 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 1 3 作者简介 王新 增 1 9 7 9一 男 山东菏 泽 人 工程师 大 学学历 主要从事 自控项 目技术管理工作 刘德忠 1 9 3 7一 男 辽 宁西丰人 教授 级高级工程 师 大学学历 主要从 事浆体输送研究 2 0 定和 长周期 的运行 管 道 振 动 消除 具 有 十分 重 要 的 意义 l 隔膜计量泵管道 系统的振动机理 隔 膜泵 属 于往 复 泵 的一 种 往 复 泵是 由圆周 运 动通过曲柄连杆使柱塞变为往复运动 运动方式 的 变 化是 引起振 动 的根源 由往 复泵 引 起 的振 动 可分 为 以下 情 况 一种 是 设备 动 力端 引起 的激 振 另 一 种是 设 备 液 力端 引起 的激 振 动力端 引起 的激振 有动力 不平 衡激 振和 动力平 衡 激振 动力 不平 衡激 振是旋 转部 分偏 心引起 的激 振 是设 计不 合 理 和加 工 质 量差 引 起 的 动 力平 衡 激 振是 动力端 在运 动时 处于 动力平 衡状 态产生 的激 振 该 激振产 生 了动 力平 衡 激 振 力 和 动力 平 衡 激振 王新增等 隔膜计量 泵管道系统振 动消除实例分析 频率 也称激振力和激振力主频率 另一种是设备 液 力端 的激 振 包括 管道 系统 的激 振 和 液 流 激 振 及 其相应频率 在分析管道系统 的振动时 将 同时存 在两个振动系统和三个 固有频率 当三者或者其 中 两者相 同或者接近时就会产生共振 使管道产生较 大 的应 力 和位 移 并 可 能引 起管 道 的破坏 2 某项 目隔膜计 量泵应用 出现 的问题 在笔 者参 与 的某 海外 项 目中 选 用 了 1 2台 隔膜 计量泵 用于输送 9 8 的浓硫酸至两个加料室 其 中型 号 为 3 J 7 0 一 MF 7 6 0 0 5 8的三 联 计 量 泵 6台 用 于第 一 加 料 室 的 加 料 计 量 型 号 为 2 J 7 0 一 MF 6 0 0 0 5 8的二联 计 量 泵 6台 用 于 第 二 加 料 室 的 加 料 计 量 在调试时发现 第一加料室的隔膜计量泵在输 送 时 管 路 有一定 的振 动 经 过 调 整泵 的相 位 角 调 整 为 1 2 0 振 动 情 况 稍 有 好 转 第 二 加 料 室 的 隔 膜计 量 泵 与第一 加 料 室 的测试 条 件 相 同 不 管 是 调 行程还是调频率均 出现较为明显的振动 管道振动 情 况较 为严 重 最终 没有 调 整 出一个 较好 的效 果来 在冷水试车的过程 中 第二加料室浓硫酸隔膜计量 泵 出 口总 管测 压点 处 出现管 道 开裂 喷液 现象 如 果 此 事故 发 生在 正常 生产 中 造成 浓硫 酸 喷 出 将 会 造 成 严重 的生产 事故 3 问题 分 析 根据 振 动 机 理 的 分析 产 生 这 种 情 况 的原 因可 能有 以下 几个 方 面 1 隔膜计量泵 自身 的缓冲罐 的容积不 足 导 致 了隔膜 泵产 生 的动力 平衡 激 振过 大 2 管路系统的固有频率 和隔膜泵激振 主频率 相近 产 生 了共振 3 管路 系统 内的液流 激振 力 过大 出现 该事 故 的原 因 可 能 是其 中一 个 也 可 能是 以上几个原因综合 导致 现就从 以上三个方面分别 进行 分析 3 1 首先 核算 2 J 7 0 MF 6 0 0 0 5 8的二 联 隔 膜 计 量 泵及 3 J 7 0 一 MF 7 6 0 0 5 8的三 联 隔膜计 量 泵 的缓 冲容 积 经查 询相关资料 有多种资料介绍 了隔膜泵缓 冲容积的计算公式 各个公式也存在一定的不同 笔 者按照五种计算方法分别进行 了核算 表 1 隔膜计 量泵缓冲罐容积核 算表 从表 1看 出两联隔膜计量泵缓冲器容积为 1 3 升至 1 7升左右 三联隔膜计量泵缓冲器容积为 3升 至 1 0升左 右 两 联 隔 膜计 量 泵 配 带 的缓 冲器 容 积 为 2 8 1 6升 三联 隔膜 计 量 泵缓 冲器 容 积为 3 8 2 4升 复 核结 果基 本满 足要 求 3 2 核算是否发生了共振 3 2 1激振 力主 频 率 厂 计 算 厂 n N Z 6 0 1 式 中产 激 振力 主频 率 H z 一 泵 柱 活 塞 作用 数 单 作用 或者 双作 用 n 一泵转速 r mi n z 一柱 活 塞数 代 入 2 J 7 0 MF 6 0 0 0 5 8二联 隔膜 计量 泵 的相关 参 数 得 f 5 5 H z 代 入 3 J 7 0 一 MF 7 6 0 0 5 8三联 隔膜 计量 泵 的相 关 参 数 得 f 8 2 H z 3 2 2 管道 系统 固有频 率 6计 算 无 集 中荷 载时 管道 系统 固有 频率 2 式中 6 一管道系统 固有频 率 H z 固定支座 O t 取 1 0 9 简支 梁 O 取 4 9 4 E 一 弹性模 数 P a N m 一 管 子总 重量 包括 保 温 介 质等 N 一 截 面惯性 矩 m 一 管 架 间距 m 有集 中荷 载 时 管 道系统 固有 频率 D 6 4 3 4 21 有色设备2 0 1 3年第 4期 式 中 6 一 管道 系统 固有 频率 H z E 一 弹性 模数 P a N m 一 管 子 总重量 包括保 温 介质等 N 一 截面 惯性矩 m D 一 管 道直径 m L 一管 架 间距 m P 一 集 中荷 载 N 当激振力 主频率 l厂与管系 的固有频 率 6接近 即 6 将 导 致 共 振 为 了防 止 管 系 共 振 应 当 改变管道结构 使固有频率避开 0 8 1 2 f的共 振 区 从 泵出 口开 始 按 照节 点 管 路走 向 固定 支 点 等把 整个 管路 分成 了 l 8段 把相 关参 数代 入上述 公 式内 计算出各个管段的固有频率 经过对 比发现 部分 管段 的振 动频率 与激 振 力主 频率 或 其倍 频 相 近 说 明此 部分 的管 路振 动较 大 3 3 管路 系统 内 的液流激 振力 液流 激振力 的程 度通 常用压 力不 均匀 度 6这 个 参数来加 以描述 6值越大 管道的振动越强烈 其 计算 方法 如下 6 1 0 0 5 式 中占 一 液 体压 力不均 匀度 P 一 激振 力 的最大值 P 一 激 振力 的最小 值 P 一激振力的平均值 P P P i 激 振力 的幅度 是 指偏 离 平 均压 力 的 最大 幅 度 即 P P 一 P 1 6 P 6 2 2 管道 中的激 振 力 的不 均 匀度 越 大 则振 动 能量 越大 越有 可能对 管道 带来破 坏作 用 尤 其是在 管道 的弯 头和变 径处 较 大 的不 均 匀 度将 成 为 管 道振 动 的主要 激振力 在管 道 连 接处 产 生 的 激振 力 又 可 能成 为整个结 构疲 劳破 坏 的主要原 因 激 振力 的幅值 可 以通过测 振仪 进行测 定 测 量 出液 流系统 的激 振力 的振 幅后 就可 以通 过 蓄能 器 的计算公式计算出所需蓄能器的容积 4 解 决方案 以上分 析 得 知 隔膜 计 量泵 的配带 的缓 冲罐 的 容 积基本 满 足要求 部分 管段产 生 了共振 根据 现场 的情况 提 出 解决 方案 分两个 阶段 第 一 阶段 马 上采 取 措施 对 产 生共 振 的 工艺 管 段进 行处 理 由于现 场条 件和工 艺条 件 的限制 对 管 道的走向和结构尺寸无 法改变 只能通过 缩短支 座间距 减少管道集 中荷载 增加管道刚度 增加 支座 固定 系数 的方 式来 改 变 管 路 的 固有 频 率 避 免产 生共振 第 二 阶段 采 取 的措施 计 划 在 隔膜 计 量泵 出 口 管线 上增