隔膜计量泵管道系统振动消除实例分析

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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 ]2013-05-1 3[作者简介]王新增(1979-)，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(1937-)，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 。

20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-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，-种是设备动力端引起的激振 ；另-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-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 12台隔膜计量泵，用于输送 98%的浓硫酸至两个加料室。其中型号为 3J70-MF7600/5.8的三联计量泵 6台 ，用于第-加 料 室 的加料 计 量 ；型号 为 2J70-MF6000/5.8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-加料室的隔膜计量泵在输送时 ，管路有-定 的振动 ，经过调整泵 的相位角 (调整为 120。)，振动情况稍有好转 。第二加料室 的隔膜计量泵与第-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-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-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 2J70.MF6000/5.8的二联 隔膜计量泵及 3J70-MF7600/5.8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-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 13升至 17升左右，三联隔膜计量泵缓冲器容积为3升至 10升左右。两联隔膜计量泵配带的缓 冲器容积为 2×816升 ，三联隔膜计量泵缓 冲器容积为 3×824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nNZ/60 (1)式 中 产 激振力主频率 ，Hz；Ⅳ-泵柱(活)塞作用数 ，单作用或者双作用；n-泵转速，r/min；z-柱(活)塞数。

代入 2J70-MF6000/5.8二联隔膜计量泵的相关参数 ，得f5.5 Hz；代入 3J70-MF7600/5.8三联隔膜计量泵的相关参数 ，得f8.2 Hz。

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-管道系统固有频率，Hz；固定支座：Ot取10.9；简支梁：O/取 4.94；E-弹性模数 ，Pa(N/m )；- 管子总重量 (包括保温、介质等)，N；，-截面惯性矩 ，m ；- 管架间距 ，m。

有集 中荷载时，管道系统 固有频率 ：，： D 64(3)(4)21有色设备 2013年第 4期式中 6-管道系统固有频率 ，Hz；E-弹性模数 ，Pa(N/m )；- 管子总重量(包括保温 、介质等 )，N；，-截面惯性矩 ，m ；D-管道直径 ，m；L-管架间距 ，m；P-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 l8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 ×100% (5)式中 占-液体压力不均匀度 ；P- 激振力的最大值 ；P- 激振力的最小值 ；P -激振力的平均值，P ÷(PP i )。

激振力 的幅度是指偏离平均压力的最大幅度，即 ：△P(÷P-P)16P (6)22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-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①缩短支座间距；②减少管道集中荷载；③增加管道刚度；④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 出口管线上增加蓄能器 ，两联泵增加 16L的蓄能器，三联泵增加 10L的蓄能器〖虑到设备的采购和制造周期 ，该方案放在第二阶段。事实上，经过第-阶段的处理 ，管路系统的振动有-定的改善 ，但还不能全部消除，因此又采购了 16L和 10L的两个蓄能器安装在隔膜计量泵出 口管路上。

通过以上两种方式的处理 ，两个进料室的隔膜计量泵均能够稳定的运行，管路系统所产生的压力脉动被控制在合理的范围内，该隔膜计量泵-年多来运行平稳正常。 A