带有分支输流管道附加轴力的计算与校核

王晓阳 周 征 张素芬

（北华航天工业学院，河北 廊坊065000）

在非线性振动研究领域，输流管道的非线性振动问题是当今一大热点问题，其振动形态与输流管道是否能够稳定工作紧密相关，而输流管道的振动形态受到初始条件参数的直接影响，且具有极强的敏感性。 本文结合某电厂的回热循环系统生产实际，提出输流管道计算模型，进而推导出其主循环管路受到的附加轴向力，用于判断该输流管道的振动形态及是否发生分岔及混沌运动。

1 热电联产循环输流管道及参数

我国电力生产领域目前仍以热电生产为主，其主要采用的方式为热电联产循环，在朗肯循环的基础上，对中间级并未完全膨胀做功的气体抽出一部分直接进入回热加热器， 从而提高锅炉进口水温度，用以提高热循环效率，循环过程如图1 所示。

图1 热电联产示意图

以两给水泵之间管段为主要研究对象[1]，其弹性模量取为206GPa，规格为Φ273×25mm；而分支管道内部流体为湿饱和蒸汽，需要采用高温高压碳素钢为主材[2]，因而弹性模量取为194GPa，规格为Φ133×16mm；耗散系数均取为1×10-4Pa·S-1。

2 附加轴力的理论计算

由于分支管道的存在，内部流体附加横向力引起的附加轴力记为TB，分支管道本身变形引起的附加轴力记为TB1，管道自重引起的附加轴力在此记为TG。 经过较为复杂的数学及力学运算，得出该三项计算表达式为：

整体附加轴力取该三项附加力的代数和，即：

3 附加轴力的有限元求解及对比

选取特定时刻t=21π，横向位移y=6mm，有限元求解结果如图2所示：

图2 附加轴力有限元求解结果

通过表1 对比两种计算结果，若误差在允许范围之内，则该附加轴向力的初始条件可用于带有分支情况下输流管道的非线性动力学特性研究[3]。

表1 附加轴力理论解与有限元解结果对比

4 结语

通过本文的理论计算及有限元数值求解，可以求得对应情况下输流管道的三个附加轴力，进而通过对比，可见两种计算方法所得结果误差较小，可以作为分析输流管道非线性振动的初始条件，与目前常用的输流管道分析过程相比，可以在一定程度上提高精确度，从而得到对输流管道更准确严谨的分析结果。

［1］杨超.管材参数对输液管流固耦合振动的影响[J].振动与冲击,2011,7(30):210-213.

［2］刘浩华.贵溪电厂扩建工程四大管道管材选型分析[J].江西电力,2004,28(3):15-16.

［3］王建.输流管道流固耦合非线性动力学分析[J].沈阳化工学院学报,2007,21(4):292-294.