管式空气预热器的防振设计示例与分析.pdf
文章编号:CN23 - 1249(2002)02 - 0028 - 02 收稿日期:2002 - 02 - 03 作者简介:王新英(1972 - ) ,女,黑龙江人,1995年毕业于哈尔滨工程大学航天工程系热能工程专业。从事锅炉设计与开发工作。 管式空气预热器的防振设计示例与分析 王新英,孙振龙,吕 红 (哈尔滨锅炉厂有限责任公司,黑龙江 哈尔滨150046) 摘 要:给出了判断管式空气预热器是否振动的计算方法,并根据卡门涡流频率fk与气室声学驻波频率fC的 值大小相对比,找出合理的解决方案,达到消除振动的目的。在实际工程中取得了良好的效果,具有推广性。 关键词:管式空气预热器;振动;卡门涡流频率;气室声学驻波率;隔板 中图分类号:TK223.34 文献标识码:B Analysis and Example of Antivibration Design of Tubular Air Preheater WANG Xin-ying , SUN Zhen-long , LU Hong (Harbin Boiler Co. , Lid. , Harbin 150046 ,China) Abstract : Providing the method of judging whether Tubular air preheater vibrates ,and acquainting the practicable method to eliminate the vibration by comparing the value of karman vortex frequency(Fk)with the value of air - chamber acoustic wavesfrequency(Fc) .Now ,We receive the good effect in the practica2 ble project. Keywords : Tubular air preheater ;Vibrate ;karman vortex frequency(Fk) ;Air - chamber acoustic waves frequency(Fc) ;Clapboard. 0 引 言 管式空气预热器在运行中常出现振动现象, 一旦空气预热器发生振动,将对运行人员的健康 和锅炉的安全运行造成极大的危害。电厂现场处 理此类问题,通常用加装防振隔板的方法,施工难 度大,工作条件差,而且常由于防振计算方法不 同,处理结果也不同。本文结合实际工程,给出了 空气预热器的防振设计示例及分析。 1 防振计算方法示例 常见的空气预热器振动多为卡门涡流效应引 起的振动,大致有3种类型:卡门涡流频率fk与管 箱气室声学驻波频率fc耦合产生的共振;卡门涡 流频率与管子的固有频率耦合产生的振动;卡门 涡流效应与声学驻波及结构机械振动三者同时耦 合产生的振动。 实际工作中,遇到最多的振动是第1种类型 的振动,这种振动是气压脉动产生的强烈共振,同 时发出具大的噪声。 要做防振设计考虑,首先应知 道卡门涡流频率fk和管箱气室声学驻波频率fc的 值对振动的影响,通过在管箱之间布置防振隔板 来调整fc的值,达到消除振动的目的。 根据实际 经验, fk越高越容易振动,多数强烈振动时fk均在 第2期 2002年5月 锅 炉 制 造 BOILER MANUFACTURING No2 May.2002 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 60 Hz以上,fk40 Hz时,气流速度底,无法产生 严重的振动。 防振设计步骤归纳如下。 1.1 计算介质 管式布置的空气预热器是烟气冲刷管排,计 算介质为烟气;卧式布置的空气预热器是空气冲 刷管排,计算介质为空气。 112 卡门涡流频率斯特罗哈系数St St的值与管子的排列、 横向节距、 纵向节距 及管径有关。 管式空气预热器的管径为40 mm,错 列布置,最小横向节距S1为60 mm,最小纵向节距 为40 mm,通过对数台锅炉试验,测得St的值一般 在0145-0155之间。 1.2.1 计算C值 C为工作条件下烟气的声速,仅取决于烟气 的特性参数。 空气预热器烟气进出口温度和速度 差别很大,各级管箱烟气温度和速度分配不均,故 要分段考虑振动问题。 表1列出新乡工程125 MW CFB锅炉空气预热器4级管箱中BMCR工况下烟 气参数C值。 表1 BMCR工况下空气预热器4级管箱中烟气参数值 管箱级号 烟气平均 速度/ m·s- 1 烟气平均 温度/ 烟气声速 / m·s- 1 级91626812546417 级91022817544714 级81318912542914 级71514917541017 1.2.2 分段算出BMCR工况下的卡门涡流频率 fk与管箱气室声学驻波频率fc并找出相应的n值 让fk与fc近似或相等,找出相应的n值,n = 1表示要产生一阶驻波,如n = 4表示该工况下将 出现4阶驻波。 驻波的阶次越高,振动越强烈。 卡门涡流频率fk计算公式: fk= St V D (1) 式中:D园柱直径,m; V流体的流速,m/ s。 声学驻波频率fc可由下式计算: fc= nc 2L (2) 式中:n表示驻波的阶次,n=1、2、3、4; L为管箱气室的宽度,取L =12.13 m; C为工作条件下的声速,m/ s。 将前述确定的St、C值和各级烟气速度V分 别代入公式(1)、(2 ) , 得: 级: fk1=59 Hz, fc1=19.1 nHz; 级:fk2=56 Hz,fc2=18.5 nHz; 级:fk3=51 Hz,fc3=17.1 nHz; 级:fk4=46 Hz,fc4=16.9 nHz。 由计算的结果可判断,空气预热器在BMCR 工况下会产生振动 (f k40 Hz ) , 需采取防振措 施。 将上述各级管箱的fk与fc值相比较,当n=3 时, fc约等于fk。 可见各级管箱可能产生3阶驻波, 且由下至上振动逐渐强烈。 1.2.3 解决方案并进行校核计算 由公式(1)、(2)可看出,从结构上处理,唯一 简单有效的办法是调整管箱气室的宽度L ,用加 装隔板的办法将整个气室分成若干个小气室,提 高气室声学驻波频率fc。 由经验得知,此时约需加 装3块隔板(隔板厚度为4 mm ) , 将整个气室分成 4个小气室,即分割后的气室宽度为: L= L 4 =3.032 m。 考虑到气流速度分配不均,计算误差大(包括 St的偏差)、 煤种、 变化、 温度、 变化等因素,应留 25% -30%的余度,即fc(1.25-1.3 ) f k。 从计 算结果可知4级管箱处在同阶驻波振动,且1阶管 箱振动最为强烈,故校核时仅取1阶校核。 取L 代 入公式(2 ) , 得: fc= nc 2L =76.6 Hz,代入 f c- fk fk =013 即满足fc(1.25-1.3 ) f k消除振动条件。 结 果取3 块 =4 mm隔板。 但是实际振动的原因很 复杂,影响的因素比较多,有些机理并未得到深入 研究,设计人员在计算时应增加安全系数,并在处 理结构时加装导流板,以使气流较均匀地进入管 箱。 2 结束语 本文所采用的设计计算方法及防振措施在多 台机组实际运行中取得了良好的效果,达到了消 除振动的目的,具有很好的推广价值。 (编 辑:刘 英) ·92·第2期 王新英,等:管式空气预热器的防振设计示例与分析 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
