管道振動產生的原因淺析

管道內部的介質多為流體，即氣體或液體，因此管道以內部介質種類分為氣體管道和液體管道。由于管道內流體參數往往是隨時間而變化的，因而常導致管道振動。與往復機械相聯的管道內部介質特性波動比較常見，因此往復機械相關管道振動也是常見異常現象之一。在介紹管道振動原因之前，我們先了解一下流體在管道內的流動。

可壓縮流體與不可壓縮流體

• 非定常流動，是指流場中固定空間點上的任動參數，隨時間而改變的一種流動，也稱非穩定流動。

層流與湍流

• 層流是指流體質點間相互不混雜的流動，亦稱片流。

• 湍流是指流體質點相互混雜而無層次的流動，亦稱紊流。

湍流時，由于液體質點的不規則運動，使空間上任一點的流速無論其大小或方向都隨時間而變化（其它流動參數也可能隨時間而變化）。因此，湍流實質上總是非定常流動。從層流轉變為湍流時，管道內流體的平均流速稱為臨界流速。

允許流速

• 液壓系統中換向閥關閉，突然停止管道中液體流動，出現液壓沖擊，使管道產生振動。在圖1所示液壓系統中，當換向閥開啟且開度不變時，液體在管道內保持穩定流動。開始時管道內液體自左向右流動，此時管道中的流速和壓力稱為起始流速和起始壓力。

• 液壓系統控制的運動部件制動時產生的液壓沖擊使管道產生振動。如圖2所示，液壓動力源經換向閥供油，從右管道進入執行元件液壓缸右腔，活塞組件帶動外負載向左運動。當換向閥突然關閉，油液被封在液壓缸兩腔及左、右管道中，由于慣性，活塞組件的運動不能立即停止，急需運動，使液壓缸及左管道內液體受壓縮，壓力急劇上升，最終達到某一壓力峰值，于是液壓缸及管道內將產生液壓沖擊。當運動部件的動能，全部轉化為液體的彈性能時，活塞組件將停止運動。此時液體的彈性能開始釋放，并改變活塞組件的運動方向，使活塞組件向右運動。這樣交替變換運動方向，將持續地振蕩一段時間，使管道產生振動，直到液壓系統的內泄漏、外泄漏及摩擦損失耗盡了全部能量之后，管道的振動才能停止。

• 液體流經節流口處，將引起空穴現象，致使管道產生振動。在流動的液體中，因流速變化引起壓降而產生氣泡的現象稱為空穴現象。空穴現象將使管道產生噪聲和振動，并使管道內部表面受到腐蝕。圖3所示為液體流經節流口處出現空穴現象的示意圖。當液體流到圖示節流口的喉部位置時，根據伯努利方程，該處壓力值將降到很低。若在工作溫度下，此壓力值如低于液體的空氣分離壓，溶解于液體中的空氣將迅速大量分離出來；如低于液體的飽和蒸汽壓，液體將迅速汽化。不論是前者還是后者，液體中都將出現大量氣泡，這些氣泡隨著液體流到壓力較高的部位處，因受不了高壓而破滅，產生局部的液壓沖擊，發出噪聲并引起管道振動。

• 液壓系統中，因U形管內液體的振動而引起管道振動。

• 液壓泵和液壓馬達的結構參數、液壓泵的進油管道設計不正確，將產生管道的振動。

• 管道內液體的流動速度過快，管道系統的設計與配置不正確，而產生管道振動

氣體管道

• 氣體流動激勵管道產生的機械振動。管道內所均勻充滿的氣體稱為氣柱。氣柱具有可壓縮及膨脹的性質，因此氣柱本身是一個具有連續質量的彈性振動系統。彈性振動系統受到一定激勵后，將會產生振動。壓縮機汽缸的周期性吸氣和排氣，使氣流的速度和壓力產生周期性的變化，即氣流脈動，形成對管道內氣柱的激勵，使氣柱振動。管道內氣柱振動的結果，將產生管道內的壓力脈動，從而形成管道的振動。

  
  

• 機械振動系統激勵管道產生的振動。管道本身、管道附件和支架等所構成的管路系統實際上也是一個機械振動系統，當壓力脈動作用在管路的轉彎處或管道截面變化處，將產生不平衡力，此力將引起管道的機械振動。

生產實踐表明，壓縮機機組及管道的振動，絕大部分都是氣流脈動所引起的。氣流脈動將激發管道產生機械振動。管道振動反過來又會引起機組的振動。因此，消除管道系統的振動，首先應考慮消除氣流脈動。

免責聲明：部分圖片與視頻來源網絡，如有侵權請通知刪除