锅炉引风管道系统的振动分析

　　锅炉是化工行业必不可少的设备,也是人们日常生活中常用的设备。凡安装有锅炉的地方,给人们的感觉就是噪声过大。有些锅炉的噪声大大超过了环境噪声标准,给人们的健康带来了危害,因此,必须进行噪声治理[1]。

　　锅炉噪声一个重要的来源是锅炉引风管道系统的振动。引风管道系统由引风机和排气管道组成。这是一个很复杂的振动系统[2],既有风机系统的振动,也有气流脉动和管道系统振动。本文对这些噪声源进行分析,提出减小振动的措施,以达到治理噪声的目的。

　　1　管道系统的振动分析

　　锅炉排气管道的振动是锅炉噪声的一个主要来源,也容易产生共振和疲劳破坏。管道系统的自由振动微分方程为

其中,M=m+ρA是单位长度的管子和管子中气体的质量,ρ是气体密度,A是管子的横截面积,E是管子的弹性模量,I为截面的惯性矩,V为气体的恒定流速,ω(x,t)是管子的横向挠度。

　　对于两端简支的管道,可求得它的最低阶固有频率为

υc为管道静态失稳时的临界流速,ωN为管中没有气体流过时的基频。

　　设计管道系统时,风机的频率和气柱振动频率都必须避开管道振动频率,才能避免共振。

　　2　气流脉动分析管道内流动的气柱是一个弹性体,它的运动微分方程为

其中,α²=rPT。P(x,t)是脉冲压强,A是管截面面积,μ是气体滞粘阻尼系数,γ是外阻尼系数,ρ是气体密度,r是定压比热CP和定容比热CV之比,R为气体常数,T为绝对温度。不考虑阻尼,方程(5)是一个典型的波动方程,气柱的固有频率为

　　3　风机振动

　　风机作为一个弹性体,本身会产生较大的振动,这是一个噪声源。但是,风机的噪声主要还是空气动力噪声,来源于两个方面。一是旋转噪声,由于风机叶片在旋转时与气体相对运动产生压力脉冲而形成的。它具有确定的基频其中n为叶轮转速,Z为叶片数。除基频外,还有基频的整数倍频率存在,但基频的噪声强度最强。二是涡流噪声,这是气体在旋转的叶片界面形成紊流,产生的一种非稳定的流动噪声,其频率为其中k为斯脱路哈数,v为气体与叶片的相对速度,D为气体入射方向物体厚度。

　　4　减小引风系统振动的措施

　　减小引风系统的振动、降低噪声的措施如下[3]。

　　(1)合理设计管道系统

　　设计管道系统,首先要考虑系统的动力特性,计算气柱的固有频率,以避免共振;然后要计算压力脉动幅度,配置运转平稳的管道。

　　简单管道的长度设计应避开共振管长,通过计算固有频率的公式(6),求出一阶气柱管长为