某输油泵站管线系统振动特性分析

管道运输作为石油运输的主要方式,承担着我国约85%的原油输运任务。输油泵站管线系统作为石油长距离运输的动力源,其能否正常运行,直接关系到整个输油过程的安稳、长久运转。但是输油泵站管线由于运动机构的动力平衡性差或基础设计不当、流体脉动、共振等原因的存在会产生振动,给企业生产带来重大的安全隐患,提高输油泵站管线的运行效率具有极大的经济效益。输油泵站管线系统的振动存在复杂的流体-结构动力耦合现象,目前关于大型、复杂结构系统的流体-结构动力耦合问题的工程计算方面的参考资料甚少。本文针对输油泵站管线的流体-结构动力耦合问题,提出一种大型、复杂结构系统流体-结构动力耦合问题的分步计算方法。本文针对的是现有输油泵站管线系统在原有流量2600m3/h增加到4000m3/h时管线改造施工中振动性能评估问题。基于输油泵站管线内原油运动与管线结构振动的机理,建立输油泵站管线内原油流动的实体模型,及与其相匹配的输油泵站管线结构的有限元模型,分别计算出原油加压过程中的管壁压力值与管线结构的振动特性。构造压力函数实现管线振动问题的流体-结构动力耦合,该函数包含了管线原油的激振频率、压力与压力的波动幅值。对流量为2600m3/h的输油泵站管线振动响应实验测试的结果进行分析,得出由优势频率和管线结构低阶固有频率组合的压力波动频率。通过对压力函数的计算结果与实际测试结果的对比分析,核定管壁压力波动的幅值。按分析出的激振频率、计算出的管壁压力及核定的压力波动幅值,采用分步计算的方法对流量为4000m3/h的输油泵站管线进行分析计算,得到输油泵站管线在现有约束条件下,应力与速度均未达到系统的安全标准。为控制管线系统的应力和振动速度,提出两种修改方案,修改后的振动速度与应力满足要求。由于压力波动按固有频率构造,计算结果包含了共振条件下的动力响应,用于振动性能评估更为可靠。本文提出并实现的输油泵站管线系统的流体-结构动力耦合的分步计算法,对于类似工程问题的计算具有参考意义。

输油泵; 原油; 湍流; 管线系统; 振动特性;

陈良玉;

TE974

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