气力输送管道固有频率及共振分析
孙丹凤，马咏梅，冯成德，孙四中
(四川大学制造科学与工程学院,四川 成都 610065)
利用气力输送管道输送颗粒状物质，根据输送颗粒量及时间设计出管道结构。利用经验公式得到气柱固有频率及激振频率，用ANSYS Workbench进行模态分析和理论计算,得到管道的固有频率以及流固耦合对管道固有频率的影响。结果表明，流固耦合作用下，管道固有频率稍有增大；当管道长度在某一范围内时，管道固有频率、气柱固有频率或激振源频率处于共振区。研究结果为管道振动分析与管道结构设计提供了理论依据。
气力输送是利用具有一定压力和气流速度的气体输送颗粒状物料的输送方法［1］，在颗粒状物质输送中有着广泛的应用。在气力输送过程中，由动力源产生的管流脉动会引起管道振动，管道振动会造成颗粒的破损以及管道本身的破坏。当管道系统的固有频率、管道内运送颗粒的气柱固有频率及激振频率任意两者之间相等或接近时将导致共振，使管道振动幅度增大，振动噪声增强，严重时将损坏管道。大量学者对管道振动问题进行了研究。龚善初［2］应用振动分析法研究气体管道的振动，对振动原因进行了具体分析,提出了相应的消振措施。苏欣平等［3］对管道振动机理进行了分析，运用弹性力学理论，建立了管道系统振动的数学模型。陈贵清等［4针对某压力管道结构，采用两端简支梁模型，进行了流固耦合的振动计算，探讨了物理参数对固有频率的影响。
本文利用数学计算及仿真分析方法求出了管道系统的固有频率、气柱的固有频率及激振频率，探究了管道发生共振的原因，为管道的结构设计与优化提供了理论依据。
1管道初步设计
1.1输送颗粒参数的选择
根据输送颗粒的质量和输送时间初步设计管道，确定气力输送中浓度比、输送风速、输送量等参数。
1）浓度比。
粮食输送为稀相输送，浓度比的计算式为［1］：
μ=〖SX(〗G物〖〗ρ气Q时〖SX)〗=10
〖FH〗(1)
式中：G物为单位时间内输送颗粒质量，kg/s；ρ气为输送管内单位体积的空气质量，kg/m3；Q时为单位时间内消耗空气的体积，m3/s。
2）输送风速。
在稀相输送中，输送风速v在12~40m/s之间，本文取v=20m/s。
3）输送量。
根据输送总量和时间的要求［5］，确定单位时间内的输送颗粒容积量Q为2.26×10-3m3/s。
〖HT5K〗〖STHZ〗1.2〓管道参数选择〖HT5SS〗〖STBZ〗
1）管径选择。
由式（2）［1］计算可得管道内径d为200mm。
d=18.8〖KF(〗〖SX(〗Q〖〗v介〖SX)〗〖KF)〗
〖FH〗（2）
式中：v介为颗粒介质的平均流速。
2）管道材料的选择。
根据输送介质选择管道材料。对于稀相气力输送，物料在输送管道中呈悬浮状态，颗粒与管道内壁的碰撞造成能量的损失，不同的管道材料，其黏附性能和摩擦系数差异较大，相应的输送能耗差
〖CM(21*2〗别也较大。本文所选管道材料为Q235碳钢，其弹......
基金项目：〖HTSS〗四川省科技支撑计划项目（2013GZX0159-3）
作者简介：〖HTSS〗孙丹凤（1989—），女，河南商丘人，四川大学硕士研究生，主要研究方向为机械结构设计和减振。
（文章来源《机械设计与制造工程》如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）
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