【正文】 道振動的影響還是很大的。（a） 1測點頻譜圖（b） 4測點頻譜圖（c） 10測點頻譜圖圖62 管道進水振動信號頻譜圖 4機穩(wěn)定運行4機穩(wěn)定運行時，引起管道的振動的振源包括水流激勵、離心泵等機械振動和電磁振動，通過對工況二的18個測點進行觀察對比，找出共同點。在機組穩(wěn)定運行時，振動測試采集信號頻率大多集中在02Hz，25Hz及其倍頻，100Hz。02Hz包括了水流激勵頻率和管道振動自身頻率。而4~9測點振動主頻還在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測點頻譜圖（b） 4測點頻譜圖（c） 14測點頻譜圖圖63 4機穩(wěn)定運行振動信號頻譜圖 8機穩(wěn)定運行因為10~12測點測試的是與8機對應的管道，采集振動信息應是最靈敏的。經(jīng)過10~12測點振動信號時程圖發(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機在開機的時候引起了管道振幅的較大變化，前2s的振動狀態(tài)為管道進水口進水的振動信息。8機開機過程，右支管進水瞬間的振源包括水流激勵、離心泵等機械振動和電磁振動。取工況三前2s進行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)10~12測點振動主頻在02Hz，見圖64所示。大小管相接段振動主頻在15~，見圖65所示。其余測點振動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測點管道進水瞬間振動信號頻譜圖圖65 7測點振動信號頻譜圖當4機、8機都穩(wěn)定運行時，通過1~18測點頻譜分析，發(fā)現(xiàn)振動主頻同4機穩(wěn)定運行頻率相似，大多集中在02Hz，100Hz等。 工況四4機停機過程在4機停機瞬間，振幅最小，通過1~18測點頻譜分析，個別測點大幅振動主頻在100Hz，此時管道振動主要來自水流激勵和電磁振動。在4機停機過程中，主要受到離心泵等機械振動因素，管道會再出現(xiàn)大幅振動現(xiàn)象，，見圖66所示。 圖66 5測點振動信號頻譜圖 主頻分析通過以上激勵源分析，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組振動的主要因素。由于渦流、渦帶、水流脈動以及氣蝕等引起的振動，情況復雜，目前尚難以從理論上加以確切分析。壓力管道或有關部件振動的原因，從定性上可初步認為：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；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；三是水力過渡過程引起的壓力波動。由于水泵出水流道與壓力管道相聯(lián)，因此，機組與管道之間，在振動上有水力耦聯(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：這種低頻在振動測試中主要出現(xiàn)在機組正常運行工況下。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、關閉等，會突然改變管內(nèi)流場，導致管道劇烈振動；當管道中介質(zhì)的流速過大超過一允許流速時，也會引起管道振動。所以在設計的規(guī)定中，一般都會根據(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的主要原因之一。離心泵和壓縮機都是高速運行的動力機械，它們的不均勻排量會使管系內(nèi)的流體發(fā)生周期性變化，從而導致壓力和流速發(fā)生周期性變化。動力機械的這種不穩(wěn)定性還會造成壓力和流量的脈動；而機組負荷的波動還會引起流量的波動。這種“脈動壓力”作用于約束不牢或者減振性能不好的管道系統(tǒng)，就會引起劇烈振動。脈動的流體沿管道流動，遇到彎頭、異徑管、控制閥等時產(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產(chǎn)生共振，甚至導致事故的發(fā)生。介于20～40Hz之間的頻率，存在于所有的測試工況下，從開機測試過程到停機過程都分布著管道振動的頻率。管道系統(tǒng)的機械動力不平衡。與兩相流管道系統(tǒng)相連的動力設備（壓縮機、離心泵等）的平衡力過大，會引起管道系統(tǒng)的振動，包括以下幾個部分：（1）離心泵由于零件質(zhì)量問題或組裝不佳導致間隙超標，產(chǎn)生過大的軸向移動和脈動。平衡盤、平衡板、葉輪和泵體因此發(fā)生研磨并損壞，導致泵體非正常振動而失穩(wěn)引起管道振動。（2）管道系統(tǒng)的閥門門板、悶頭等固定不牢引起振動。（3）管道系統(tǒng)的支、吊架及彈簧彈性系數(shù)等長期運行松動或變化引起振動。（4）疏放油、水的閥門不嚴或疏放系統(tǒng)自身振動引起兩相流管路振動。（5）管道系統(tǒng)暖管時間短、溫度驟降等引起水擊或壓力急劇波動，造成振動。4號機組開機過程振動測試中，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頻譜分析，~2Hz，3Hz~5Hz以及15Hz~， Hz及其倍頻，電磁振動主頻是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源~5Hz或15Hz~機械振動電磁振動50Hz或100Hz管道自身~ 主要振源分析 分析方法 獨立分量獨立分量分析（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行較好的分離。該方法假設認為源信號相互統(tǒng)計獨立，其說明如圖67所示。多維振動測試信號X由多個源信號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Y。圖67 獨立分量分析方法簡單說明圖盡管獨立分量分析方法研究比較成熟，但大多是基于一定的假設條件之下實現(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傳感器的數(shù)量等于或大于信號源數(shù)。如果當傳感器數(shù)量少于信源數(shù)時怎樣進行求解是相當困難的。在實際工程應用中，有些源信號的個數(shù)也可能是變化的，怎樣確定信源的個數(shù)，從而保證算法有效也是急亟解決的問題。 互相關分析當源信號被一些強烈的隨機干擾所混雜甚至淹沒時，對信號做互相關分析，根據(jù)相互規(guī)律性將源信號從干擾中分離出來。對于兩個信號狀態(tài)各異且經(jīng)歷平穩(wěn)的隨機過程及，若其中一個信號不變，而往后延遲1個時刻，我們就稱它們的相關程度為互相關分析，其相關程度也會隨著的取值的不同而變化，是的函數(shù)，稱為互相關函數(shù)，則： （）在時域上進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的輸出信號作用的大小來識別主次振源。所以互相關函數(shù)最直接的意義就是對傳播問題的應用，得出的關系式為 （）根據(jù)式（）可知，當所測的信號傳輸速度已知，可求得距離，從而確定振動中的振源的位置?；ハ嚓P分析大多可應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。利用互相關分析方法進行故障振源定位時，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，即傳播速度會隨著頻率的變化而改變，這樣會直接影響時域波峰的準確性。二是不能對幾個具有相關性的信號進行識別，因為這樣容易造成時域上波峰的混亂，故互相關分析方法一般應用于只有一個振源的相關信號分析。 功率譜分析表示一個測點的振動信號，作其功率譜圖。因為激起壓力管道振動的干擾力有各自的頻率特點，所以從功率譜圖上可以準確地確定此時激起該點振動的主要振源。是一個測點的振動信號的瞬時功率，其總能量可表示為= （）式（）的右邊表示頻域中振動的總能量是各個振動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，并且在頻域中測點的振動信號的總能量等于各個振動頻率分量的能量之和。若表示某一個測點采得的信號，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，說明這個頻率的干擾力對激起該點振動貢獻響應的能量越大。所以與最大譜線值相對應的頻率的干擾力就是主要的振源。不同測點的各振源產(chǎn)生的干擾力是變化的，各振源對測點的激勵也是不同的。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，本項目選擇功率譜分析方法對主要振源進行計算分析。 功率譜分析計算為了分析每個工況下管道振動的主要振源，對每個工況的每個測點進行功率譜分析。這里只分析工況二與工況三管道振動的主要振源，因為其余工況下管道振源已查清。工況二有水流激勵、離心泵等機械振動和電磁振動三個振源，，電磁振動主頻在50Hz或100Hz。那么對1~18測點進行功率譜密度分析，通過計算每個振源在每個測點所占的貢獻比來判斷工況二4機組穩(wěn)定運行時管道振動的主要振源。以1測點和6測點的功率譜圖為例，進行貢獻比計算，見圖68。（a） 1測點功率譜（b） 6測點功率譜 圖68 功率譜分析在圖68（a）中，計算得到水流激勵、%，98%，%。在（b）中，計算得到水流激勵、%，%，%。同理，可以求出每個測點3個振源所占振動響應的貢獻比，列表計算見表62。表62 工況二各測點振源占振動響應貢獻比測點各測點振源占振動響應貢獻比（%）水流激勵機械振動電磁振動123456789101112131415161718總計通過表62可知，工況二4機穩(wěn)定運行工況，水流激勵，%，%，%。所以離心泵等機械振動是引起管道振動的主要振源，其次是水流激勵源和電磁振動。盡管機械振動是主要振源，但三個振源所占比例相差都不是很大，水流激勵和電磁振動對管道振動的影響也不容忽視。同樣，可以得到工況三8機組開機，4機組穩(wěn)定運行工況時，水流激勵，%，%，%。即機械振動仍然是引起管道振動的主要因素，其次是電磁振動和水流激勵。和工況二對比，水流激勵源所占比重相對減少，說明壓力管道在增加8機開機的情況下，水流運動相對工況二越來越平穩(wěn)，對管道振動在水力作用下的影響減小?，F(xiàn)將泵站壓力管道在機組運行時引發(fā)管道振動的主要振源列舉如下，見表63。表63 主要振源統(tǒng)計工況振源主要振源備注4機開機工況離心泵等機械振動離心泵等機械振動電磁振動支管進水瞬間水流激勵水流激勵水流激勵對1~3測點影響最大離心泵等機械振動4機穩(wěn)定運行水流激勵離心泵等機械振動離心泵等機械振動其次是水流激勵電磁振動8機穩(wěn)定運行水流激勵離心泵等機械振動離心泵等機械振動其次是電磁振動電磁振動支管停水瞬間離心泵等機械振動管道自身激振電磁振動4機停機工況離心泵等機械振動電磁振動先電磁振動電磁振動離心泵等機械振動后機械振動通過泵站壓力管道振動激勵源辨識，從中可知離心泵等機械振動貫穿于各個工況，%以上，甚至達到90%。所以離心泵等機械振動是引起壓力管道振動的主要原因。針對機械振動提出相應的減振措施，具體如下：（1）水泵設備的選型應選用機械設計精度高、制造工藝精良、自設測試振動小、噪聲低的水泵。當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，使機組的旋轉(zhuǎn)部件和支撐結(jié)構(gòu)按軸對稱布置，降低機械不平衡力，以保證機組旋轉(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，提高機組的軸系統(tǒng)的振動特性，如調(diào)整導軸承布置來提高軸系統(tǒng)自振頻率。以減少振動通過基礎, 沿墻體、樓板傳播, 向四周輻射固體傳聲。（4）設備出口及入口加裝耐高溫雙球體橡膠軟接頭、帆布接頭，降低設備振動沿管路傳播。（5）在工程設計時，對管道穿越墻體處作隔振處理，以減小和降低結(jié)構(gòu)振動幅度和振動的影響范圍。（6）在工程運行時，調(diào)整泵站的開機運行工況，對于多機單管先開一臺機組，保證穩(wěn)定運行后再開第二臺機組，避免兩機組同時開機；另外要避免單獨開一臺機組運行。實際測試表明，當離心泵等設備引起的機械振動降低到一定程度，泵站壓力管道因激振引起的損傷可降低60%85%。盡管水流激勵源相比于機械振動較小，但在振動響應中也不容忽視。尤其是在單機組運行情況下，水流激勵的不穩(wěn)定造成管道振動危害更大，特備是遠離水泵機械的管道段，其振動損傷主要由水流激振引起。本項目通過FLUENT軟件和DASP振動測試信號分析結(jié)果提出了針對水流激勵源引起的管道振動的減振措施，具體如下：（1）在新建工程中，設計時應通過模型試驗和數(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)定運動的因素，降低水流激勵源對管道振動的影響。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。實驗表明，其水流激振基本可消除。（2）減少管道的彎管設置。在機組穩(wěn)定運行時，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、阻尼器可以增強系統(tǒng)的抗沖擊能力，有效降低傳遞率，因此應用于管道上同樣有效降低管道系統(tǒng)的振動。