一种管路流固耦合振动试验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种管路流固耦合振动试验装置，包括试验管路系统以及用于支撑试验管路系统的管路支撑架，还包括空气压缩机、气源输出管路和储气罐，所述的气源输出管路包括带阀门的第一气源输出支管和第二气源输出支管；其中，第一气源输出支管从空气压缩机的输出端直接连接到试验管路系统，第二气源输出支管从空气压缩机的输出端连接到储气罐后，再从储气罐的输出端连接到试验管路系统；所述的试验管路系统包括长直的试验管路主管以及连接在试验管路主管上的至少一个试验管路支管，所述试验管路系统的末端连接有放空管路。利用本实用新型专利技术，可以模拟并研究多种形式的管路复杂振动。

【技术实现步骤摘要】
一种管路流固耦合振动试验装置
本技术属于管路振动及其控制领域，尤其是涉及一种管路流固耦合振动试验装置。
技术介绍
随着工业高速发展，流体管路广泛应用于石油化工、能源电力工业、飞行器动力系统、以及船舶海洋等领域中,管路系统对保障工业生产正常运行起着至关重要的作用。在管路系统中存在着复杂的内部激励和外部激励，这些激励会导致管路的结构振动和管内流体的压力、速度脉动，且出现两者耦合而致的流固耦合振动，流固耦合振动能量会沿着管路传播到管路系统的各个位置，造成管路薄弱环节的大幅振动甚至破坏。管路振动对管路系统的安全运行和使用寿命有很大的影响，振动可使得管路产生噪声、塑性变形、疲劳损伤等。若长期处于振动状态下，可能会引起管路裂纹，附加仪表、接管、法兰、阀门等处的损坏，严重情况下可能导致管路断裂、内容物泄漏，引发灾难性的生产和安全事故。因此，研究清楚管路振动的特征、条件以及各种参数对管路振动的影响，是极其重要的。管路系统的外部激励主要由管路系统前后端的压缩机、泵等设备产生，这些设备往往存在周期性排放扰动，使得管路中流体的压力、速度、密度等参数也随之变化，例如往复式压缩机在吸气排气时会造成管路中压力、速度等参数的周期性变化；离心泵或离心式压缩机中的流体在通过叶片时也会出现周向压力分布不均的现象；柱塞泵在有多个柱塞共同工作时也容易引起管路内流体压力周期性变化，进而引发管路共振。此外，管路及其前后端设备会受到地震、风载、冲击等外部激励作用，也可能导致管路出现振动。管路系统的内部激励主要包括流体流经弯头、三通、阀门等部件时产生的冲击、摩擦和湍流扰动，流体随机扰动和外部激励引起的流体声学振动以及流体涡流和涡脱引发的流体和结构振动。管路系统中存在的内部激励和外部激励可以互相作用并相互转化，导致管路振动原因分析和振动故障处理非常困难，因此有必要进行基础的各种管路振动的试验研究。公开号为CN101975650A的中国专利文献公开了一种管路振动试验装置，其给出了一种管路内部激励振动的方法，主管路系统与连接管相连，连接管的振动端外部设置动力偏心轮，通过偏心轮的转动给管路系统一个外部简谐激励。公开号为CN105910785A的中国专利文献公开了基于故障诊断与自动处理的管道振动试验平台及控制方法，管道振动试验平台包括压力罐、管道、基板和信号分析处理系统，压力罐设置于基板上，压力罐对管道内水流的流速和压强进行控制调节，管道上套设有多个支架，管道通过支架布置于基板上，基板上设有轨道，支架可沿轨道移动；微型处理器控制电机驱动支架沿轨道移动和控制阀门的开闭程度，实现对管道异常振动的多种因素的分析，对管道振动实现自动化调节，探究减少管道异常振动的方法。然而，管路系统存在丰富的结构固有频率，管内气体也存在一系列声学固有频率,在外部周期性脉冲激励、随机扰动激励和流体湍流激励的作用下，会激起包含这些频率的管路复杂振动。这些固有频率、外部激励、流体激励与管路振动特征之间的关系错综复杂，因为缺乏合适的管路流固耦合振动试验台，管路复杂振动的机理和特征还没有完全摸清，影响了管路系统的合理设计和安全可靠运行。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种管路流固耦合振动试验装置，可以模拟并研究外部周期性压力脉冲激励、外部随机扰动激励、流体湍流激励、管路结构共振、气体声学共振等引起的多种形式的管路复杂振动。一种管路流固耦合振动试验装置，包括试验管路系统以及用于支撑试验管路系统的管路支撑架，还包括空气压缩机、气源输出管路和储气罐，所述的气源输出管路包括带阀门的第一气源输出支管和第二气源输出支管；其中，第一气源输出支管从空气压缩机的输出端直接连接到试验管路系统，第二气源输出支管从空气压缩机的输出端连接到储气罐后，再从储气罐的输出端连接到试验管路系统；所述的试验管路系统包括长直的试验管路主管以及连接在试验管路主管上的至少一个试验管路支管，所述试验管路系统的末端连接有放空管路。所述的试验支管通过三通接头与试验管路主管连接，所述三通接头的两个直线端连接试验管路主管，另一端连接试验管路支管，试验管路支管的末端封闭。试验管路支管可以只有一条，也可以是多条不同长度的支管，用以研究不同气柱固有频率对管路振动的影响。主管中流动的气体，在经过三通时会出现涡流和涡脱现象，形成内部激励，引发管路振动为了模拟外部周期性压力脉冲激励，所述空气压缩机采用往复式压缩机，这种压缩机是间隙性排气，每次排气对管路系统产生一个压力脉冲激励，在一定的转速下，压力脉冲激励的周期也是确定的。所述的放空管路由调节阀、多个弯管和多个直管连接而成。流体的压力和流速都会影响湍流状态和涡脱频率，进而改变管路流体自激振动的特性，为了研究流体压力和流速对管路自激振动特性的影响，放空管路上安装了调节阀，用于调节试验管路内的气体压力。放空管末段是直接与大气连通的，当调节阀开度调大时，阀门两端的压差变小，试验管路内的气体压力减低，流速增加。反之，当调节阀开度调小时，阀门两端的压差变大，试验管路内的气体压力增加，流速降低。所述的试验管路系统的管路外可拆卸安装有剖分式法兰。在保持管内气体声学固有频率不变的前提下，通过安装剖分式法兰，可以改变支管质量和试验管路系统的固有频率所述的试验管路系统上设有管道附件，包括但不限于压力表、压力传感器、流量传感器、安全阀和溢流阀。所述的试验管路主管上设有管路预留接口。如果预留接口中间是一段直管，那么这部分就是试验管路系统主管的一部分。通过预留接口还可以连接一个或多个三通，三通的两个直线端连接主管路，另一端连接一段支管，支管的另一端封闭，用以模拟阀门关闭状态下可能出现的气体声学振动和对应的管路自激振动。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、本专利技术的试验装置，集成了导致管路振动的往复压缩机外部脉冲激励和流体流经三通产生涡流而致的内部激励，并且可以通过气源输出管路上阀门的开关和储气罐将2种激励完全分开，从而剔除干扰，研究管路强迫振动和气流自激振动的特性。也可以将2种激励耦合在一起，研究在多种激励耦合作用下，管路振动的特征。2.本专利技术的试验装置，所用的往复压缩机，有变频调速或直流调速机构，可以改变外部脉冲激励的频率，通过试验发现管路结构频率、气体声学固有频率和外部脉冲激励频率对管路振动的影响。3.本专利技术的试验装置，可以在保持外部脉冲激励频率和气体声学固有频率都不变的情况下，通过增加附加质量或改变支撑来改变管路的结构固有频率，简单方便，有利于分析管路结构固有频率的设计准则。4.本专利技术的试验装置，预留一些法兰接口，可以很方便地改变管路的结构及其结构固有频率和气体声学固有频率。附图说明图1为本技术一种管路流固耦合振动试验装置的整体结构示意图；图2为本技术剖分式法兰的安装示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本技术的理解，而对其不起任何限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管路流固耦合振动试验装置，包括试验管路系统以及用于支撑试验管路系统的管路支撑架，其特征在于，还包括空气压缩机、气源输出管路和储气罐，所述的气源输出管路包括带阀门的第一气源输出支管和第二气源输出支管；其中，第一气源输出支管从空气压缩机的输出端直接连接到试验管路系统，第二气源输出支管从空气压缩机的输出端连接到储气罐后，再从储气罐的输出端连接到试验管路系统；/n所述的试验管路系统包括长直的试验管路主管以及连接在试验管路主管上的至少一个试验管路支管，所述试验管路系统的末端连接有放空管路。/n

【技术特征摘要】
1.一种管路流固耦合振动试验装置，包括试验管路系统以及用于支撑试验管路系统的管路支撑架，其特征在于，还包括空气压缩机、气源输出管路和储气罐，所述的气源输出管路包括带阀门的第一气源输出支管和第二气源输出支管；其中，第一气源输出支管从空气压缩机的输出端直接连接到试验管路系统，第二气源输出支管从空气压缩机的输出端连接到储气罐后，再从储气罐的输出端连接到试验管路系统；
所述的试验管路系统包括长直的试验管路主管以及连接在试验管路主管上的至少一个试验管路支管，所述试验管路系统的末端连接有放空管路。


2.根据权利要求1所述的管路流固耦合振动试验装置，其特征在于，所述的试验管路支管通过三通接头与试验管路主管连接，所述三通接头的两个直线端连接试验管路主管，另一端连接试验管路支管，试验管路支管...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑水英，王超，顾超华，赵益明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33