柴油发电机组振动怎么测（转载--关于电厂管道振动）

今天写一篇关于我专业的文章。这里强调一下：我的职业并不是写公众号，写这个只是我自娱自乐的爱好，连副业都谈不上。

我经常给电厂做一些管道振动治理的工作。

当然现在干这一行的人很多，这方面的专业论文也就更多了，多到汗牛充栋，杂乱纷纷。只是讲真，入我眼的并不多，因为我读起来很费劲。不过也可能是因为我自己水平太低，理解能力很差，所以错认颜标、不辨菽麦。

我向来不屑一顾故弄玄虚，刻意用繁琐的公式和艰涩的数字波形堆砌把人搞得云里雾里，颠三倒四的文章。

我始终怀疑那些张嘴动辄多阶模态、固有频率计算、波形仿真分析的人到底有没有工程经验，毕竟光唬人是不对的。

咱们提倡说人话，就从一个弹球说起。

它的结构很简单：一根弹簧，下面吊着一个小球。这种玩具多出现在公园门口，卖给小朋友们，每个人都见过。有意思的是，这个司空见惯的小玩意儿跟砸牛顿脑袋的那个苹果一样，非常有意义。

因为工程上最常遇到的振动系统，是质量-弹簧系统，通俗点来说就是一个带着弹簧的弹球。

不要小看这个简单模型，大道至简，万法归一。几乎现代所有的振动术语和振动理论都能和这个系统扯上关系。

比如笛子能奏出音乐出来，其实就是一个振动问题。细想起来，这和鸟扑扇翅膀和拨琴弦也是一个道理。

我们电力行业里面，振动现象就更多了，几乎无处不在。

比如电厂里面的汽轮机、小机、发电机（包括它的水泥基础），由于地面实际上有一定的弹性，就很像一只弹簧，这些设备和基础可以简化假设为一个重球，设备开动时就可以利用这个弹球系统进行研究。

还有运行中的管道系统。

因为管道很长，又多为钢材制造，有一定的弹性，而且又具有一定的质量，说起来，也跟弹球系统振动模式本质上差不多。不管管道怎么振动，因为弹性的存在，所以总能拽着管道试图恢复原位，而振动的惯性却又使管道系统再一次偏离平衡位置，所以能把它简化成弹球系统进行研究。

这里面弹球单位时间内物体振动的次数被称为频率，而在自由摇摆的过程中，单位时间内物体振动的次数就叫固有频率f。

我这么解释，你是不是觉得理解起来振动也没那么难？^_^

…….

这个世界上，凡事讲究缘分，这种事情就像树上掉苹果一样，看砸到谁。砸到普通人，除了懊恼就是捡起来吃掉；要是砸到牛顿，他就能七想八想能想到万有引力……

我们继续一个问题，运行的管道为什么会振动？

就跟宇宙的源头上帝之手一样，一切都是因为最初的某种激发（或者称为扰动），真要是不开机或者始终不碰它，管道肯定会老老实实趴在那里不动弹。

当然激发可以分为两种，一种是谁手痒，就那么给它一下子，然后就有了一个初始速度，套用那个弹球理论，这就是自由振动。

另外一种是持久性的、周期性的，就跟荡秋千一样，有人在一直推你，这叫受迫振动。咱们电厂里面管道的振动多是属于这一类。

我来细说一下怎么去分析这条躁动的管道。

在电厂和化工厂里面有大量的动力管道，诸如往复式压缩机连接管道、各种蒸汽管道、各种循环管路结构系统。

既然是管道，那么就装有东西。这些管道里面装的是气体，当然也有液体，我们就以气体来重点谈。

在研究气流脉动时，气体的流速跟声速相比，就可以忽略不计了。这样，问题的研究就大大简化了。

倘若管道内的气流做稳定流动，也就是说压力精准不变和流速不变，那么即使存在弯管，弯管也只是承受静载荷，并不引起振动。

问题就在于管道的压力实际上是时时变化，有个脉动。

凡是遇到弯头、异径管、阀门、闸板、盲板、都会因为压力的脉动而引起激振力，最终要发生振动。

需要说明的是，很多时候我在电厂就是靠这个理论来吃饭的。

因为在电厂或者化工厂，很多动力管道在运行的时候会有振动的现象，甚至还伴随有“啸叫”的声音。能通俗解释这个现象的人不多，能解决这种问题的人就更少了。

其实是可以用吹笛子或者小朋友吹哨子来解释。

演奏者不断地对笛子吹气，就是对笛子有规律地进行激发，笛子发出的声音清脆响亮，就是气柱在激发下的反应。

手指按在笛子上的不同部位，得到的振动响应也是不同的，从而构成不同的音调。

跟吹笛子一样，不管是压缩机的气柱还是蒸汽管道的蒸汽，实际上就是压缩机或者过热器给的一种激发，气柱系统对此激发做出响应，形成受迫振动。

振动的结果表现为压力脉动。

当激发频率和气柱固有频率（通常是多个）之一吻合或者相近时，就会激起气柱激烈的振动，就像荡秋千那样——我们把它叫做“机械共振”。这个烈度是很强大的，碰到狠人，把握的巧妙，甚至能把竹笛吹破。

前不久南方的一座大桥在大风中抖动，也属于“共振”现象。了解这一点对我们解决管道振动问题很有帮助——只要能让系统的固有频率避开激振频率，振动问题就会迎刃而解。

有时候我会被电厂请过去进行管道振动治理，我在现场给技术人员介绍时也说过这方面的原因以及相关改进措施，但是他们听完都是一脸苦瓜相。

作为生产人员，你让他去改系统改管道走向或者减少阀门异径管什么的，无异于要与虎谋皮，工作这么累，咱们能提点简单好操作的办法吗?

也不是不可以……针对不同的振动情况，还是有很多种治理手段。

在脉动浮动不太大时，我们就可以借助声学的理论（声学把它叫亥姆霍尔兹共鸣器）来研究压力脉动了。

在行业内，这种方法有一个很萌萌的名字——小波动理论^_^。

就像刚才我说的那样，如果忽略管路系统内的气体流速，可以认为它是静止的气体，因为都在管道里面，所以通常又被称为气柱。

气柱是可以压缩、膨胀，所以本身也可以作为一个弹性体，同时，气体是有质量的（大型锅炉每小时可以产生几千吨新蒸汽），这样就可以当成在文中提及的质量-弹簧系统，当然也可以用那个弹球模型来解释问题了。

细分起来，这里面是有两个振动系统。一个是气柱振动系统，一个是管道结构振动系统。

气柱振动具体表现来是，气柱受到激发，会形成受迫振动，产生“啸叫”，就跟吹笛子和吹哨子一样。搞电厂的人应该很好理解，生产现场经常会听到鬼哭狼嚎的尖叫，这都是多个哨子在使劲“合奏”（当然也有转机、各种泵的声音）。

这种振动很难受，有些操作人员怎么也受不了这个，戴耳塞也不行。我知道有人常年担心受怕甚至因此提出换岗位。唉，可怜的运行人呐……

至于管道结构振动系统，就更好解释了，因为脉动的气柱经过弯头、异径管、阀门、闸板面前导致管道受到激振力，变得剧烈振动……

具体有多剧烈呢？有个电厂的朋友在机组刚投产的时候给我打电话这么描述的：惊天动地，管道上蹦下跳的，跟咬人的蛇一样…..

我当时脑补了一个画面：却似做了一个全堂水陆的道场，磬儿、钹儿、铙儿一齐响…..

这种情形很常见，多发生在机组刚投产阶段。它的危害比较大，管道振动剧烈，会导致支吊架损坏、结构梁变形，甚至会导致管道焊口发生破裂。不过治理这种振动最忌讳地是对其一味的“捆绑加固”。

说句题外话，让人无语的是，大部分电厂生产人员甚至某些友商做振动治理基本上都是捆绑 固定式“治理”。

这个法子看上去对管道振动烈度表面上有所抑制，但是却让管道“憋出内伤”，危害更大，又是一声叹息。

搞振动治理需要耐心和时间，细细琢磨，根据现场情况因时制宜，因地制宜，情不同，法也不同，对症下药，哪能用一种办法搞定所有状况呢？你把管道捆死就算是把管道振动给治理好了吗？

举几个例子。

我去过一个电厂，他们的主蒸汽管道振动很厉害。厂里人说很奇怪，并不是新机组，之前不振，机组刚刚检修完起机就振动的七零八落，但是明明对管道并没有检修啊。我转了很久，又翻了翻他们的检修报告，也觉得不对劲。我问你的阀门解体了吗？他们说只是研磨了一下，就回装了。我让他们再查查回装的方式。

一个小时后，他们跑来告诉我阀门装反了。然后，就没有然后了…..

还有一次，我跟电厂人去现场看一条给水管道的振动情况。那个伙计问我怎么把管道的晃动给消除掉？我说找个帅哥骑在上面，它绝对就安静下来了。

那个小伙立即以迅雷不及掩耳之势爬上了管道，并且真的骑在上面了。在这个0.1吨的重物压制下，管道系统改变了固有频率，成功避开了激振频率，管道果然平静下来。

我在下面目瞪口呆——以后我学会了跟西北人说话一定留点神，因为他们真的很耿直，一言不发而对技术人员毫无保留地相信。

治理振动有一个好法宝——加一个缓冲器。

这玩意其实也好理解。还是从那个弹球理论上来汲取力量，拴着弹球的弹簧其实就是一个能量贮存器。这里面一个很经典的应用就是亥姆霍尔兹共鸣器，学过物理的人都知道这玩意，别看名字长唬人，其实就是跟弹球一样的原理。

这种理论不仅仅在力学，而且在声学、电学上也有很广泛的应用，削峰非常好，处理系统的一些震荡和振动是相当有用。

如果对物理概念很模糊，不妨看一个自然界的例子。作为中国最大的两条河，长江为什么比黄河的水患少？一个重要的原因就是长江有很多湖泊，比如洞庭湖和鄱阳湖。

当雨季到来，长江水位急剧上升，水流向几个大湖泊分流。反之，长江枯水时，通过湖泊倒灌，不至于枯竭。这样一来，几大湖泊就是长江的缓冲器。

这方面我在灵武电厂碰到一个经典案例。

当年他们百万机组投运后，空冷岛凝结水回水管就常年振动很厉害，惊天动地的，甚至发生了把管道振破的事故。后来电厂的沈工自己动手改造了一下，加了一个大罐子容器，管道一下子就平稳了。

我给沈工说，这是一个很巧妙的思路，是缓冲器在工程上运用很成功的一个案例，完美地解决了问题。

当然，这个问题实际操作起来也是有讲究的，比如缓冲器的位置、大小都要经过计算和分析。要是想搞得效果更好一点，还可以试试滤波缓冲器。有兴趣的人可以去灵武电厂实地看看，效果真的很棒，几乎不花什么钱就解决了大问题。

还有一个很有意思的手段叫孔板削振。在管道上开孔，或者在管道里面加孔板能有效地减轻振动烈度。这里面的原理并不复杂，但是涉及到谐波的一些知识。

这个稍微有点复杂，今晚很累，不方便画图，等下次画好图再给大家解释。

晚安。

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