【正文】 道振動(dòng)的影響還是很大的。（a） 1測點(diǎn)頻譜圖（b） 4測點(diǎn)頻譜圖（c） 10測點(diǎn)頻譜圖圖62 管道進(jìn)水振動(dòng)信號頻譜圖 4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，引起管道的振動(dòng)的振源包括水流激勵(lì)、離心泵等機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)，通過對工況二的18個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行觀察對比，找出共同點(diǎn)。在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)測試采集信號頻率大多集中在02Hz，25Hz及其倍頻，100Hz。02Hz包括了水流激勵(lì)頻率和管道振動(dòng)自身頻率。而4~9測點(diǎn)振動(dòng)主頻還在3Hz~5Hz，15Hz~。100Hz在這里表現(xiàn)較明顯，出現(xiàn)次數(shù)較多，具體見圖63所示。（a） 1測點(diǎn)頻譜圖（b） 4測點(diǎn)頻譜圖（c） 14測點(diǎn)頻譜圖圖63 4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行振動(dòng)信號頻譜圖 8機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行因?yàn)?0~12測點(diǎn)測試的是與8機(jī)對應(yīng)的管道，采集振動(dòng)信息應(yīng)是最靈敏的。經(jīng)過10~12測點(diǎn)振動(dòng)信號時(shí)程圖發(fā)現(xiàn)在前2s內(nèi)有很大的振幅變化，2s后振幅趨于穩(wěn)定，說明8機(jī)在開機(jī)的時(shí)候引起了管道振幅的較大變化，前2s的振動(dòng)狀態(tài)為管道進(jìn)水口進(jìn)水的振動(dòng)信息。8機(jī)開機(jī)過程，右支管進(jìn)水瞬間的振源包括水流激勵(lì)、離心泵等機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)。取工況三前2s進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)10~12測點(diǎn)振動(dòng)主頻在02Hz，見圖64所示。大小管相接段振動(dòng)主頻在15~，見圖65所示。其余測點(diǎn)振動(dòng)頻率與工況二相比沒有什么變化，也包含02Hz，25Hz及其倍頻，100Hz。圖64 11測點(diǎn)管道進(jìn)水瞬間振動(dòng)信號頻譜圖圖65 7測點(diǎn)振動(dòng)信號頻譜圖當(dāng)4機(jī)、8機(jī)都穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，通過1~18測點(diǎn)頻譜分析，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)主頻同4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行頻率相似，大多集中在02Hz，100Hz等。 工況四4機(jī)停機(jī)過程在4機(jī)停機(jī)瞬間，振幅最小，通過1~18測點(diǎn)頻譜分析，個(gè)別測點(diǎn)大幅振動(dòng)主頻在100Hz，此時(shí)管道振動(dòng)主要來自水流激勵(lì)和電磁振動(dòng)。在4機(jī)停機(jī)過程中，主要受到離心泵等機(jī)械振動(dòng)因素，管道會(huì)再出現(xiàn)大幅振動(dòng)現(xiàn)象，，見圖66所示。 圖66 5測點(diǎn)振動(dòng)信號頻譜圖 主頻分析通過以上激勵(lì)源分析，發(fā)現(xiàn)各振源主頻可分為低頻、中頻和高頻三方面來分析。水力方面原因是引起機(jī)組振動(dòng)的主要因素。由于渦流、渦帶、水流脈動(dòng)以及氣蝕等引起的振動(dòng)，情況復(fù)雜，目前尚難以從理論上加以確切分析。壓力管道或有關(guān)部件振動(dòng)的原因，從定性上可初步認(rèn)為：一是由于過流部件中流場的速度分布不均勻所產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)；二是水流流過某些繞流體后，由于脫流旋渦所誘發(fā)出壓力脈動(dòng)；三是水力過渡過程引起的壓力波動(dòng)。由于水泵出水流道與壓力管道相聯(lián)，因此，機(jī)組與管道之間，在振動(dòng)上有水力耦聯(lián)的相互作用。這種頻率通常是由于水流激勵(lì)引起的，是主要頻率。成分不穩(wěn)定，大致在 ～20Hz 之間，這種頻率主要體現(xiàn)在：這種低頻在振動(dòng)測試中主要出現(xiàn)在機(jī)組正常運(yùn)行工況下。如果兩相流管道系統(tǒng)布置的不合理（如彎頭太多、固定架不牢、經(jīng)常改變走向等）以及管件（如閥門、孔板等）突然開啟、關(guān)閉等，會(huì)突然改變管內(nèi)流場，導(dǎo)致管道劇烈振動(dòng)；當(dāng)管道中介質(zhì)的流速過大超過一允許流速時(shí)，也會(huì)引起管道振動(dòng)。所以在設(shè)計(jì)的規(guī)定中，一般都會(huì)根據(jù)管道的種類、輸送流體的類別和使用場所等限制管內(nèi)的允許流速。另外，“水錘”也是造成管道非正常振動(dòng)的主要原因之一。離心泵和壓縮機(jī)都是高速運(yùn)行的動(dòng)力機(jī)械，它們的不均勻排量會(huì)使管系內(nèi)的流體發(fā)生周期性變化，從而導(dǎo)致壓力和流速發(fā)生周期性變化。動(dòng)力機(jī)械的這種不穩(wěn)定性還會(huì)造成壓力和流量的脈動(dòng)；而機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)還會(huì)引起流量的波動(dòng)。這種“脈動(dòng)壓力”作用于約束不牢或者減振性能不好的管道系統(tǒng)，就會(huì)引起劇烈振動(dòng)。脈動(dòng)的流體沿管道流動(dòng)，遇到彎頭、異徑管、控制閥等時(shí)產(chǎn)生的激振力頻率若與管道結(jié)構(gòu)的固有頻率相近就會(huì)產(chǎn)生共振，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。介于20～40Hz之間的頻率，存在于所有的測試工況下，從開機(jī)測試過程到停機(jī)過程都分布著管道振動(dòng)的頻率。管道系統(tǒng)的機(jī)械動(dòng)力不平衡。與兩相流管道系統(tǒng)相連的動(dòng)力設(shè)備（壓縮機(jī)、離心泵等）的平衡力過大，會(huì)引起管道系統(tǒng)的振動(dòng)，包括以下幾個(gè)部分：（1）離心泵由于零件質(zhì)量問題或組裝不佳導(dǎo)致間隙超標(biāo)，產(chǎn)生過大的軸向移動(dòng)和脈動(dòng)。平衡盤、平衡板、葉輪和泵體因此發(fā)生研磨并損壞，導(dǎo)致泵體非正常振動(dòng)而失穩(wěn)引起管道振動(dòng)。（2）管道系統(tǒng)的閥門門板、悶頭等固定不牢引起振動(dòng)。（3）管道系統(tǒng)的支、吊架及彈簧彈性系數(shù)等長期運(yùn)行松動(dòng)或變化引起振動(dòng)。（4）疏放油、水的閥門不嚴(yán)或疏放系統(tǒng)自身振動(dòng)引起兩相流管路振動(dòng)。（5）管道系統(tǒng)暖管時(shí)間短、溫度驟降等引起水擊或壓力急劇波動(dòng)，造成振動(dòng)。4號機(jī)組開機(jī)過程振動(dòng)測試中，對于等于或大于50Hz的中高頻出現(xiàn)的幾率較大，在大部分測點(diǎn)的工況中有所體現(xiàn)，并十分的明顯，據(jù)分析，產(chǎn)生50Hz和100Hz頻率的原因可能是測試信號受到廠電信號的影響。而大于100Hz以上頻率出現(xiàn)很少。通過以上各工況各測點(diǎn)頻譜分析，~2Hz，3Hz~5Hz以及15Hz~， Hz及其倍頻，電磁振動(dòng)主頻是50 Hz或100 Hz。從這些工況中分析觀察對比發(fā)現(xiàn)，~ Hz之間?，F(xiàn)將以上分析結(jié)果列表總結(jié)如下，見表61所示。表61 各振源主頻振源主頻水流激勵(lì)源~5Hz或15Hz~機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)50Hz或100Hz管道自身~ 主要振源分析 分析方法 獨(dú)立分量獨(dú)立分量分析（Independent Component Analysis，簡稱ICA）是盲源分離問題的重要方法，其特點(diǎn)主要在于，對混合系統(tǒng)部分如通信信道、傳播路徑等在已知或完全未知的條件下，可以對混合源信號進(jìn)行較好的分離。該方法假設(shè)認(rèn)為源信號相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其說明如圖67所示。多維振動(dòng)測試信號X由多個(gè)源信號S混合而成，混合矩陣為A。B是一解混矩陣，在信號S與X未知的條件下，使X通過它之后能夠得到S的最優(yōu)估計(jì)Y。圖67 獨(dú)立分量分析方法簡單說明圖盡管獨(dú)立分量分析方法研究比較成熟，但大多是基于一定的假設(shè)條件之下實(shí)現(xiàn)的，還有許多問題和缺陷沒有解決。例如：許多盲源信號的處理只對亞高斯或超高斯中的一種有效，而對它們混合的信號分離功能相對較差。另外，大多數(shù)的盲信號的處理算法都基于假設(shè)傳感器的數(shù)量等于或大于信號源數(shù)。如果當(dāng)傳感器數(shù)量少于信源數(shù)時(shí)怎樣進(jìn)行求解是相當(dāng)困難的。在實(shí)際工程應(yīng)用中，有些源信號的個(gè)數(shù)也可能是變化的，怎樣確定信源的個(gè)數(shù)，從而保證算法有效也是急亟解決的問題。 互相關(guān)分析當(dāng)源信號被一些強(qiáng)烈的隨機(jī)干擾所混雜甚至淹沒時(shí)，對信號做互相關(guān)分析，根據(jù)相互規(guī)律性將源信號從干擾中分離出來。對于兩個(gè)信號狀態(tài)各異且經(jīng)歷平穩(wěn)的隨機(jī)過程及，若其中一個(gè)信號不變，而往后延遲1個(gè)時(shí)刻，我們就稱它們的相關(guān)程度為互相關(guān)分析，其相關(guān)程度也會(huì)隨著的取值的不同而變化，是的函數(shù)，稱為互相關(guān)函數(shù)，則： （）在時(shí)域上進(jìn)行信號源的識別有著局限性，但可以根據(jù)互相干函數(shù)識別不同輸入信號對相應(yīng)的輸出信號作用的大小來識別主次振源。所以互相關(guān)函數(shù)最直接的意義就是對傳播問題的應(yīng)用，得出的關(guān)系式為 （）根據(jù)式（）可知，當(dāng)所測的信號傳輸速度已知，可求得距離，從而確定振動(dòng)中的振源的位置。互相關(guān)分析大多可應(yīng)用在管道裂紋和泄漏的故障附近處，通過檢測聲信號以判斷確定故障振源的位置。利用互相關(guān)分析方法進(jìn)行故障振源定位時(shí)，也存在一些不足之處：一是對所測的源信號傳播介質(zhì)有所要求，不能非頻變，即傳播速度會(huì)隨著頻率的變化而改變，這樣會(huì)直接影響時(shí)域波峰的準(zhǔn)確性。二是不能對幾個(gè)具有相關(guān)性的信號進(jìn)行識別，因?yàn)檫@樣容易造成時(shí)域上波峰的混亂，故互相關(guān)分析方法一般應(yīng)用于只有一個(gè)振源的相關(guān)信號分析。 功率譜分析表示一個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)信號，作其功率譜圖。因?yàn)榧て饓毫艿勒駝?dòng)的干擾力有各自的頻率特點(diǎn)，所以從功率譜圖上可以準(zhǔn)確地確定此時(shí)激起該點(diǎn)振動(dòng)的主要振源。是一個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)信號的瞬時(shí)功率，其總能量可表示為= （）式（）的右邊表示頻域中振動(dòng)的總能量是各個(gè)振動(dòng)頻率分量的能量之和，表示單位頻率中所具有的能量。另外，的功率譜密度函數(shù)定義為： （）式（）表示的功率譜密度函數(shù)也有單位頻率中所具有的能量的含義，并且在頻域中測點(diǎn)的振動(dòng)信號的總能量等于各個(gè)振動(dòng)頻率分量的能量之和。若表示某一個(gè)測點(diǎn)采得的信號，如位移信號，加速度信號或速度信號，作其功率譜分析，頻譜圖中某一頻率的譜線值越大，說明這個(gè)頻率的干擾力對激起該點(diǎn)振動(dòng)貢獻(xiàn)響應(yīng)的能量越大。所以與最大譜線值相對應(yīng)的頻率的干擾力就是主要的振源。不同測點(diǎn)的各振源產(chǎn)生的干擾力是變化的，各振源對測點(diǎn)的激勵(lì)也是不同的。根據(jù)以上三種方法的研究與分析，從適用性、可行性以及簡單性等考慮，本項(xiàng)目選擇功率譜分析方法對主要振源進(jìn)行計(jì)算分析。 功率譜分析計(jì)算為了分析每個(gè)工況下管道振動(dòng)的主要振源，對每個(gè)工況的每個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行功率譜分析。這里只分析工況二與工況三管道振動(dòng)的主要振源，因?yàn)槠溆喙r下管道振源已查清。工況二有水流激勵(lì)、離心泵等機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)三個(gè)振源，，電磁振動(dòng)主頻在50Hz或100Hz。那么對1~18測點(diǎn)進(jìn)行功率譜密度分析，通過計(jì)算每個(gè)振源在每個(gè)測點(diǎn)所占的貢獻(xiàn)比來判斷工況二4機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)管道振動(dòng)的主要振源。以1測點(diǎn)和6測點(diǎn)的功率譜圖為例，進(jìn)行貢獻(xiàn)比計(jì)算，見圖68。（a） 1測點(diǎn)功率譜（b） 6測點(diǎn)功率譜 圖68 功率譜分析在圖68（a）中，計(jì)算得到水流激勵(lì)、%，98%，%。在（b）中，計(jì)算得到水流激勵(lì)、%，%，%。同理，可以求出每個(gè)測點(diǎn)3個(gè)振源所占振動(dòng)響應(yīng)的貢獻(xiàn)比，列表計(jì)算見表62。表62 工況二各測點(diǎn)振源占振動(dòng)響應(yīng)貢獻(xiàn)比測點(diǎn)各測點(diǎn)振源占振動(dòng)響應(yīng)貢獻(xiàn)比（%）水流激勵(lì)機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)123456789101112131415161718總計(jì)通過表62可知，工況二4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工況，水流激勵(lì)，%，%，%。所以離心泵等機(jī)械振動(dòng)是引起管道振動(dòng)的主要振源，其次是水流激勵(lì)源和電磁振動(dòng)。盡管機(jī)械振動(dòng)是主要振源，但三個(gè)振源所占比例相差都不是很大，水流激勵(lì)和電磁振動(dòng)對管道振動(dòng)的影響也不容忽視。同樣，可以得到工況三8機(jī)組開機(jī)，4機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行工況時(shí)，水流激勵(lì)，%，%，%。即機(jī)械振動(dòng)仍然是引起管道振動(dòng)的主要因素，其次是電磁振動(dòng)和水流激勵(lì)。和工況二對比，水流激勵(lì)源所占比重相對減少，說明壓力管道在增加8機(jī)開機(jī)的情況下，水流運(yùn)動(dòng)相對工況二越來越平穩(wěn)，對管道振動(dòng)在水力作用下的影響減小?，F(xiàn)將泵站壓力管道在機(jī)組運(yùn)行時(shí)引發(fā)管道振動(dòng)的主要振源列舉如下，見表63。表63 主要振源統(tǒng)計(jì)工況振源主要振源備注4機(jī)開機(jī)工況離心泵等機(jī)械振動(dòng)離心泵等機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)支管進(jìn)水瞬間水流激勵(lì)水流激勵(lì)水流激勵(lì)對1~3測點(diǎn)影響最大離心泵等機(jī)械振動(dòng)4機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行水流激勵(lì)離心泵等機(jī)械振動(dòng)離心泵等機(jī)械振動(dòng)其次是水流激勵(lì)電磁振動(dòng)8機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行水流激勵(lì)離心泵等機(jī)械振動(dòng)離心泵等機(jī)械振動(dòng)其次是電磁振動(dòng)電磁振動(dòng)支管停水瞬間離心泵等機(jī)械振動(dòng)管道自身激振電磁振動(dòng)4機(jī)停機(jī)工況離心泵等機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)先電磁振動(dòng)電磁振動(dòng)離心泵等機(jī)械振動(dòng)后機(jī)械振動(dòng)通過泵站壓力管道振動(dòng)激勵(lì)源辨識，從中可知離心泵等機(jī)械振動(dòng)貫穿于各個(gè)工況，%以上，甚至達(dá)到90%。所以離心泵等機(jī)械振動(dòng)是引起壓力管道振動(dòng)的主要原因。針對機(jī)械振動(dòng)提出相應(yīng)的減振措施，具體如下：（1）水泵設(shè)備的選型應(yīng)選用機(jī)械設(shè)計(jì)精度高、制造工藝精良、自設(shè)測試振動(dòng)小、噪聲低的水泵。當(dāng)前較流行的是選用屏蔽泵。（2）在安裝過程中，通過提高安裝精度，使機(jī)組的旋轉(zhuǎn)部件和支撐結(jié)構(gòu)按軸對稱布置，降低機(jī)械不平衡力，以保證機(jī)組旋轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性。（3）通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置和改變結(jié)構(gòu)尺寸，提高機(jī)組的軸系統(tǒng)的振動(dòng)特性，如調(diào)整導(dǎo)軸承布置來提高軸系統(tǒng)自振頻率。以減少振動(dòng)通過基礎(chǔ), 沿墻體、樓板傳播, 向四周輻射固體傳聲。（4）設(shè)備出口及入口加裝耐高溫雙球體橡膠軟接頭、帆布接頭，降低設(shè)備振動(dòng)沿管路傳播。（5）在工程設(shè)計(jì)時(shí)，對管道穿越墻體處作隔振處理，以減小和降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅度和振動(dòng)的影響范圍。（6）在工程運(yùn)行時(shí)，調(diào)整泵站的開機(jī)運(yùn)行工況，對于多機(jī)單管先開一臺機(jī)組，保證穩(wěn)定運(yùn)行后再開第二臺機(jī)組，避免兩機(jī)組同時(shí)開機(jī)；另外要避免單獨(dú)開一臺機(jī)組運(yùn)行。實(shí)際測試表明，當(dāng)離心泵等設(shè)備引起的機(jī)械振動(dòng)降低到一定程度，泵站壓力管道因激振引起的損傷可降低60%85%。盡管水流激勵(lì)源相比于機(jī)械振動(dòng)較小，但在振動(dòng)響應(yīng)中也不容忽視。尤其是在單機(jī)組運(yùn)行情況下，水流激勵(lì)的不穩(wěn)定造成管道振動(dòng)危害更大，特備是遠(yuǎn)離水泵機(jī)械的管道段，其振動(dòng)損傷主要由水流激振引起。本項(xiàng)目通過FLUENT軟件和DASP振動(dòng)測試信號分析結(jié)果提出了針對水流激勵(lì)源引起的管道振動(dòng)的減振措施，具體如下：（1）在新建工程中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，研究管道內(nèi)部的水流流態(tài)，通過調(diào)整管道的走向和結(jié)構(gòu)尺寸，減少使水流不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的因素，降低水流激勵(lì)源對管道振動(dòng)的影響。對已建的服役工程，管道的走向和結(jié)構(gòu)尺寸由于現(xiàn)場條件和工藝條件的限制基本無法改變，只有通過改變約束條件來改變管路系統(tǒng)的固有頻率。實(shí)驗(yàn)表明，其水流激振基本可消除。（2）減少管道的彎管設(shè)置。在機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其激振力主要由彎管和異徑管的接頭處產(chǎn)生，因此在管道的安裝中可通過盡量使管道走向平直以減少彎管數(shù)目，減少激振力。（3）采用管道隔振器和阻尼器。隔振器、阻尼器可以增強(qiáng)系統(tǒng)的抗沖擊能力，有效降低傳遞率，因此應(yīng)用于管道上同樣有效降低管道系統(tǒng)的振動(dòng)。