一套完整的高耸塔设备风诱导振动分析设计体系 - dzy.doc

权利要求书 1.一套完整的高耸塔设备风诱导下振动分析设计体系。主要包括振动分析、谐响应分析和强度分析。该方法能够灵活、有效的减缓由风诱导的高耸塔设备的振动问题，保证高耸塔设备的安全使用，并尽可能的减小风诱导下产生的顺风向、横风向振动以及引起的共振。同时通过本项目的研究和推广应用，为新标准或新方法的制订提供技术依据。 2.如权利要求1所述的一套完整的高耸塔设备振动分析设计体系，其特征在于包括以下步骤： （1） 结构动力特性和风诱导振动有限元分析。 采用有限元分析软件ANSYS建立高耸塔设备的三维实体模型和有限元模型，并模态分析的方法对结构进行自振特性分析，以此来结构的动力特性参数，频率、振型、模态质量等。在此基础，对未加控制装置的高塔结构进行振动分析，以确定风诱导下振动分析。 （2） 确定最佳的TMD减振控制系统形式，并选取最优的系统参数。 对TMD系统控制下结构的风诱导振动利用ANSYS进行有限元分析，对各种控制方案的控制效果进行分析比较，并综合考虑控制效果和经济效益，从而选定最佳的控制系统模型，确定最优的系统参数。 （）对TMD系统抗风振效果进行评估。 对装有TMD系统高塔设备的实际抗风振效果进行测试与评定，并分析其稳定性与可靠性，对达不到抗风振要求的设备，对TMD系统的参数进行调整和优化，并重新评估和计算，直至达到要求。 3. 如权利要求2所述的一套完整的高耸塔设备抗振动分析设计体系，其特征在于所述的步骤（2）中，利用谐响应分析研究TMD控制系统各参数与风振控制参数（共振振幅、位移、加速度）的关系并获得关系曲线图，从而确定TMD减振控制系统形式（包括TMD的位置和布置形式）以及最优的系统参数（包括TMD系统的质量、频率、阻尼比、弹性刚度和阻尼系数）。 说明书 一套完整的高耸塔设备抗振动分析设计体系 技术领域 本发明涉及振动控制领域，具体涉及一套完整的高耸塔设备抗振动分析设计体系。 背景技术 塔体的剧烈振动会使塔体产生严重弯曲、倾斜、塔板效率下降，导致无法维持正常的生产运行而造成严重的经济损失。持续而剧烈的振动还会造成塔体裙座应力变化幅度过大形成疲劳裂纹，导致设备的开裂破坏，甚至会造成人员的伤亡，引发严重的安全事故。我国大型石化企业多建在沿海地区，生产装置常承受台风等风载荷的作用，风诱导振动导致的塔设备破坏更为突出，风诱导振动导致设备破坏的事故已多次发生。石化生产装置的建设周期长达几年，不少设备现场安装就位后要空置一段时间后才能投入生产。空置塔设备内没有物料，对风诱导振动的阻尼不同于操作状态下的设备，即使进行了合理的操作条件下的抗振动设计，塔设备也可能在空置期间发生风诱导振动而破坏。因此，对由风诱导产生的高塔设备振动的研究和振动控制装置的研发是一个亟待解决的实际问题。 目前，减振的主要思路是通过采用各种措施，达到增加结构的阻尼、刚度、固有频率，或影响结构周围卡门涡街的形成，从而达到避免结构出现诱导振动的目的。常规减振方法如下： 主要通过降低塔高，增大内径，或增加塔的厚度，可增大塔的固有频率，但这很大程度上取决于工艺条件许可的情况下进行，而且会增加塔的制造成本。 采用拉索控制，交叉支撑等方式来使塔器固定，以减弱塔器的振动，但这种方法往往受场地空间的限制而不易实现。 沿塔体周围焊接一些螺旋式或轴向式翅片可以消除涡旋的形成或改变涡旋的脱落方式，从而减弱风诱导振动。但塔器通常有外保温层，且安装有众多的附件，所以这种方法实际操作起来往往困难很大，且成本较大。 合理布置塔器的梯子、平台、管线和其他附件，有利于消除或破坏卡门涡街的形成，这是一种减缓或消除风诱导振动的措施，但大多依赖于人员的工程经验，并无很好的理论依据及实施方法。 以上这些措施在工程实践中的运用表明，很多情况下仅采取这种措施是远远不够的。近年来，结构风振控制的理论与实践应用都得到了飞速发展，其中的被动控制技术因其减振机理明确、控制效果显著、经济效益可观的优点，一直是世界各国学者的研究重点，该技术已日趋成熟。 调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper），简称TMD，是最常用的一种被动控制系统，在生产实践中得到了广泛应用。它是在结构物顶部或上部某位置上加上惯性质量，并配以弹簧和阻尼器与主体结构相连。调谐质量阻尼器的振动频率接近主结构的频率，控制策略为应用子结构与主结构控制振型共振达到动力吸振的目的，应用阻尼结构不断消耗主结构和子结构的能量来降低主结构的动力响应。 为了说明TMD系统的吸振原理，将被控的主结构系统和TMD子系统模型简化为两自由度的质量、弹簧、阻尼系统，参见图2。该系统的运动方程为： 其中，为被控主结构的质量，为被控制结构的刚度系数，为被控主结构的阻尼系数，为被控主结构离开平衡位置的位移；为TMD系统的质量，为TMD系统的刚度系数，为TMD系统的阻尼系数，