1塔设备的振动及防震措施选读.ppt

1.塔设备的振动 在风力作用下→塔的振动形式: 载荷振动: 振动方向沿着风的方向—顺风向的振动 诱导振动: 振动方向沿着风的垂直方向—横向振动 它对塔设备的破坏性大，所以主要讨论风的诱导振动。 一、风的诱导振动 ⒈ 机理： ⑴卡曼涡街:当风以一定速度绕流圆柱体时, 在圆柱体两侧的 背风面交替产生旋转方向相反的旋涡, 然后脱离 并形成一个旋涡尾流, 这种现象称为卡曼涡街, 如图1-3所示 ⑵产生原因: 图1-1, 1-2 依据流体力学原理→边界层堆积、分离 风以一定的速度绕流圆柱形塔设备，塔设备周围的风速是变化的 图1-1 塔周围的风速 图1-2 边界层的堆积及旋涡的形成 (a)边界层的堆积 (a)边界层的堆积 (b)旋涡的形成 图1-2 边界层的堆积及旋涡的形成 (b)旋涡的形成 图1-3 卡曼涡街 图1-3 卡曼涡街 ⑶产生条件: 旋涡特性与雷诺数的关系 a.当Re＜5—不发生边界层分离现象→无旋涡产生 b.当 5≤Re＜40—塔体背后出现一对稳定的旋涡 c.当40≤Re＜150—出现卡曼涡街, 塔体背风面交替产 生旋转方向相反的旋涡, 图1-3 d.当300≤Re＜3×105—亚临界区, 旋涡以一确定的 频率周期性地脱落 e.当3×105≤Re＜3.5×106—过渡期, 无涡街出现, 尾流 变窄，无规律且都变成紊流 f.当Re≥3.5×106—超临界区, 卡曼涡街又重新出现 ⒉ 升力： ⑴塔两侧流体绕流情况: 旋涡刚刚脱落的一侧: 绕流改善, 流体阻力↓, 速度↑, 静压力↓ 旋涡正在产生的一侧: 绕流差, 流体阻力↑, 速度↓, 静压力↑ ∴塔表面压强分布不均, 周期性变化, 受到力的作用→使塔沿 风向的垂直方向产生振动—称之为横向振动 升力—沿风向的垂直方向的推力 ∵升力＞＞拽力 拽力—沿风向产生的风力 ∴计算时一般只考虑升力 ⑵升力计算： （1-1） ⒊ 风诱导振动的激振频率： ⑴塔体的激振频率=形成旋涡的频率=旋涡脱落的频率 ⑵旋涡脱落的频率的影响因素: 塔体的外径、风速 ⑶激振频率： （1-2） ─斯特劳哈尔准数，其值与雷诺数Re大小 有关，可由图1-4确定； ⒋ 临界风速 共振—当旋涡脱落的频率与塔的任一振型的固有频率一致时, 会引起塔的剧烈振动 临界风速—塔共振时风速. 若取Sr =0.2，则由(1-3) 式可求得临界风速。 (1-3) 二、塔设备的自振周期(固有周期) 固有周期计算方法 塔设备的力学模型: 简化成底端固定、顶端自由、质量沿高度 连续分布的悬臂梁，图2-1 塔视为具有多个自由度体系，则它具有多个固有频率。 基本频率—固有频率中最低的频率 振型—振动后的变形曲线，图2-2 固有周期的求解思路 振动微分方程 设通解 由边界条件 定通解 求得固有周期 图2-1 计算模型 第一振型 第二振型 第三振型 图2-2 塔设备振型 ⒈ 等截面塔: 直径、壁厚、材质相同, 质量沿高度均布 由振动方程： 求解得： 振型：图2-2 （2-1） (2-2) ⒉ 变截面塔: 不等直径或不等壁厚, 质量沿高度不均布 方法: 质量折算法—将一个多自由度体系简化成一个 单自由度体系，如图2-3所示 假设: a.塔的质量全部集中于塔顶 b.振型曲线为