管道振动研究及评价标准和系统参数问题的探讨

针对管道振动研究历程中暴露的对振动与水锤区分不明;尚无管道振动级别及限值的评价标准;无普适性标准判定系统参数对管道振动的影响这三个问题,本文阐述了水锤与振动的本质区别与因果联系,对制定管道振动级别及限值评价标准的方式提出建议以及总结系统参数影响管道振动的规律。     

水锤冲击时管路系统流固耦合响应的特征线分析方法研究

本文以Wiggert 和Hatfield[3]的特征线分析方法为基础,研究管路在水锤冲击下考虑泊松耦合时流体和结构的瞬态响应.推导了分别对应于管中流体压缩波和管壁中纵波的特征关系式和相容方程,并联合采用空间插值和显式时间插值进行数值求解.针对经典的水锤压力冲击的算例,将边界和初始条件离散化,编制了MATLAB程序进行计算,获得管道中流体压力和流速及轴向应力和振动速度的时程曲线,计算结果与理论分析相当吻合.根据计算结果,提出了对于实际管路设计和水锤防护有益的结论.鉴于特征线法本身的优势,有望在管路系统抗冲击设计分析和防护研究中得到进一步的应用.     

海流作用下海底管道疲劳寿命分析

本文建立海底管道振动微分方程,采用Fluent软件求解涡激振动升力系数,由时程分析法获得海底管道动力响应,并运用线性累积损伤理论和S-N曲线法分析海底管道疲劳寿命。     

供油船燃油加注系统驳油管路水锤特性及防护

供油船燃油加注系统在进行燃油调驳的过程中,由于管道阀门的快速闭合、突然停泵,会导致驳油管道内产生正、负压交替的压力波动,对管路和阀件造成较大的水锤冲击。文章基于Flowmaster仿真软件对管路中的关阀水锤现象进行瞬态分析,研究了关阀水锤的影响因素,并提出了加入空气阀的水锤防护措施。     

钢管混凝土系杆拱桥地震响应分析

采用通用有限元软件对一座钢管混凝土系杆拱桥建立空间有限元模型研究其动力学特性。通过反应谱法和时程分析法分析了该桥的地震动力响应特性。研究表明:反应谱法和时程分析法都能较好地分析结构的地震反应,且计算结果较为接近,时程分析法可对反应谱分析的结果进行校验。     

管道内波速变化对水锤现象的影响分析

管道内水锤波速受管道自身以及管内流体等多种因素的影响,在实际工程中,管内流体性质变化以及管道的结构材质的不同都会引起对应水锤波速的变化。选取了两种典型的波速变化情况——整管波速变化与管路中不同位置局部波速变化,利用一维流体软件FLOWMASTER对其进行仿真分析,着重研究这两种情况下波速变化对管内水锤压力波幅值与周期的影响。在整管波速变化情况中,考虑当阀门关闭时间与关阀水锤周期之间的大小关系不同时波速变化对水锤现象的影响,以使结论更为合理全面。在局部波速变化情况中,改进了用平均波速变化来分析局部波速变化的方法,引入了波的散射理论对位置变化带来的影响,并进行了分析,比较了管路中各个典型位置上波速变化所对应的水锤现象,突出了波速变化位置的影响,可为管路设计与水锤防护提供参考。     

基于AFT-Impulse的FPSO生活水系统水锤防护设计

针对FPSO生活水管网系统输水距离长、管路弯曲多,以及阀门启闭频繁,极易引起管路水锤现象,致使管网系统安全运行风险增大的问题,以某FPSO生活水系统为例,结合生活水管网系统特性及水锤现象产生的机理,运用动态流体分析软件AFT-Impulse,开展水锤影响因素分析,明确水锤现象的主控因素;建立FPSO生活水系统模型,基于主控因素的影响,开展多工况多场景的稳态分析和瞬态分析,提出FPSO生活水系统水锤防护最优方案。     

长距离重力输水管道中的水锤及其防护研究

长距离重力输水管道因输水距离长、地形起伏大,易发生液柱分离而引发弥合水锤。在输水管路中采取合理的水锤防护措施,有利于输水系统的安全稳定运行。本文研究了长距离重力输水管道中的水锤计算方法,并以某输水工程为例,采用特征线法对采用多功能水力控制阀、空气阀及超压泄压阀相结合的输水管线末端阀门关闭时产生的水力过渡过程进行模拟计算。计算结果表明,在管线末端安装多功能水力控制阀,在管线局部高点安装空气阀并联合使用超压泄压阀,可有效地防止管道中的水锤,为类似工程的水锤防护提供了参考。     

周期支撑管路横向振动波传播特性分析

管道系统在船舶行业中应用广泛,其振动及声辐射特性一直以来都是研究的热点.基于Timoshenko梁理论,本文首先利用传递矩阵法计算了单根充液管道的横向振动响应,并通过有限元计算和实验对比验证了计算方法.在此基础上,对管道系统的传递矩阵取特征值得到波传播参数,从而进一步分析了周期支撑的充液管道系统的振动波传递特性.由本文的计算结果可见,基于Timoshenko梁理论的横向振动响应比基于Euler-Bernoulli梁理论的结果更为精准,尤其是在较高频域内.此外,弹性支撑的刚度和间距会影响波阻和波传播带.本文工作将为周期支撑管系的减振提供一定的技术参考.     

基于威尔逊θ法的船舶推进轴系扭转振动计算

通过使用威尔逊θ法,在时域内把轴系扭转振动微分方程的响应历程按照一定的时间步长进行离散,根据各时间点上的动力学关系建立方程进行逐步求解。应用MATLAB编制计算程序,稳态响应结果与精确方法基本一致,同时获得了轴系元件在时域内的动态响应,且其中角位移动态响应中还包含了滚振分量。因此采用威尔逊θ法扭转振动计算,可以应用于非稳态工况的求解。     

海底管跨涡激振动疲劳可靠性研究

本文考虑波浪水质点与管线振动间的相对运动速度以及波浪和海流的联合作用,对传统的波浪载荷计算方法进行了改进,引入了波浪激励载荷中的二阶平方阻尼项,从而建立了管跨段的非线性涡激振动方程.通过较为合理的化简,将非线性随机振动方程化为相应的线性随机振动方程.利用谱分析解法,由波浪谱推得海底管线的波浪力谱,作为振动方程的输入谱,计算得到相应的输出谱,进而确定位移和应变等各种响应随机过程的概率分布,最后结合可靠性分析理论确定管线的疲劳失效概率.     

舰船纵倾均衡移水过程瞬态噪声控制试验研究

本文模拟建立了舰船纵倾均衡移水试验系统,对不同移水压力、电液球阀启闭时间、管路固定方式等条件下移水过程中的瞬态噪声进行研究.结果表明:纵倾移水过程的瞬态噪声值呈曲线波动状态,最大振动加速度级和最大空气噪声值均发生在电液球阀关闭过程中,随着移水压力的增加,最大噪声值逐渐增大;电液球阀快速关闭时,移水管路存在明显的水锤现象,延长电液球阀的关闭时间,可以有效抑止系统水锤的冲击,降低移水过程中最大瞬态噪声值;移水管路采用弹性支撑方式,可有效降低移水管路的振动噪声.     

海水管路破损原因分析及防治措施

紫铜管广泛应用于船舶供水海水管路中。通过Ansys流场仿真分析和金相分析,对船舶供水管路弯管处破损原因进行研究。结果表明,在一定范围内启闭阀门时间对弯管处应力和应变影响不大,弯管处存在流速过大现象,存在明显的冲刷腐蚀;通过改进铜管制造工艺、建立管线运行制度控制管路压力冲击、增大管路通径和弯曲半径减小管路冲刷腐蚀都能有效的抑制管路破损。     

船舶泵阀移水系统水锤抑制方法研究

通过Flowmaster瞬态仿真分析,对船舶泵阀移水系统水锤抑制方法进行研究。结果表明,阀快速关闭时,系统中存在明显的水锤现象;延长阀关闭时间和采用两阶段关闭的策略,可以有效地抑制系统水锤冲击;阀离泵组越近,对水锤抑制效果越好;管路中加装蓄能元件也能有效抑制水锤。     

海底管道巡检船研发设计

简要介绍自主研发设计的"海底管道巡检船"船型的主要技术性能和技术特点。该船定位为国内首艘海底管道巡检船,搭载专业声学探测装置,抗风浪性能良好,能够持久巡线并应急响应,其各项功能均针对渤海海域海底管道运维需求进行设计,能够保障海底管道安全运营,排除隐患以避免或最大限度降低管道泄漏造成的损失。     

基于管道振动实验的涡激升力频谱分析

通过对管道振动试验数据的分析,选用威布尔分布的概率密度函数进行拟合,得到涡激升力的频谱表达式。通过管道振动的频响函数得到管道的振动位移的频谱图形,并与实测数据进行对比,结果表明：计算值与实验值吻合较好,中心频率基本相等,幅值稍有偏差。     

Experimental and theoretical studies on lateral buckling of submarine pipelines

Global buckling of a submarine pipeline during high pressure/high temperature (HP/HT) operation results in a loss of pipeline stability that is similar to a bar in compression; this phenomenon constitutes one of the key factors affecting pipeline integrity and design. To intuitively study the buckling response, a test system was designed that can account for thermal loading and pipe-soil interactions, and this system was used to perform a series of small-scale model tests on the lateral buckling of submarine pipelines with different initial imperfections. Based on the hat-shaped buckling profiles of the test pipelines, a new buckling mode called "hat-shaped buckling" was proposed. In an attempt to study the conditions under which the pipeline exhibits this hat-shaped buckling mode, the changing law of the buckling mode was investigated through finite element analyses of pipelines with different parameters, including the length of the pipeline and the amplitude and wavelength of the initial imperfection. Subsequently, an analytical solution for calculating the buckling amplitude of a pipeline with a hat-shaped buckling profile was proposed. The theoretical solution was compared to the experimental data, which verified the feasibility of the model in calculating pipeline buckling deformation. The experimental data, the buckling mode based on these data and the corresponding analytical model discussed herein may provide a reference for future experimental studies of pipeline buckling.     

舰船首尾移水系统水锤特性仿真与试验

舰船首尾水舱移水管路具有管路长、水力条件复杂、流速较高等特点,且移水结束后,电液球阀需要被自动地快速切断系统,系统在实际运行中存在着比较严重的水锤问题。本文采用仿真与试验的方法,对舰船首尾移水系统水锤特点进行了研究。结果表明,电液球阀快速关闭时,系统存在明显的水锤现象,离阀门越近的位置,压力冲击峰值越大;延长电液球阀关闭时间,可以有效抑制系统水锤的冲击。     

核动力装置二回路给水系统水锤动态计算分析

以二回路给水系统为研究对象,建立了给水系统的管网模型及停泵后的泵前流量动态变化数学计算模型,对给水管网进行支路流量分配和节点压力计算,在此基础上,通过采用特征线法对给水系统的水锤现象进行动态计算分析,成功地模拟了停泵后给水系统的各个支路及节点的压力和流量的动态变化过程,并根据计算结果对系统进行初步安全分析。