流激振动（FIV）分析

设计分析和现场故障排除

流激振动，或涡旋脱落由高流速引发，比如在离心式压缩机系统中的盲管段。该研究可以评估在盲管段分支中，存在的涡旋脱落和潜在振动。该研究还可以包含小口径管道和部件的FIV激励，比如温度计保护管的振动。

我们推荐为新建离心式压缩机，以及其他高流量气体系统进行FIV研究。

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1 背景

“流激振动、以及控制其的物理参数，对于设计工程师和操作员都极其重要。这些物理现象会引发管道工程系统重大故障、带来环境和现场超标噪音。这些问题都促使我们去努力了解并减少这些现象带来的问题。”来自：前言，FIV，2012年大会，爱尔兰。

图1：涡旋脱落的示例。来自：acusim.com

干扰流（或涡旋脱落），在流体流经以下区域时产生:

• 流体系统中放入温度计保护管或其他物体（图1），或者
• 某盲管段分支，比如循环管线或释放管线（图2）

在某个特定频率，气体流动将激发声共振，产生高频脉动。这些脉动会激发机械共振，产生高频振动，受影响的管道会损耗损坏。

流体产生了涡旋和激励效应。该激励频率，可由以下公式求出： 涡旋脱落频率​ (VSF) = S (v/d)

其中： S = 斯特鲁哈尔数     v = 流速     d = 支管直径

图2：“盲管段分支”示例

该现象类似于向一个开口空瓶中吹气，会发出声音。

对于高频气体系统，比如图2中的盲管段，当支管中的涡旋脱落频率（VSF）和声学固有频率（ANF）重合时，将产生高压脉动。这种相互作用将引发小口径管道的振动，可能造成损坏。值得注意的是，最糟糕的振动情况不一定出现在最高的流速。

2 常见问题

FIV一般用于评估离心式压缩机的管道系统。高流量的螺杆压缩机中也存在一些风险。请参见本页的三个关于FIV问题的示例：管道振动示例

在采油立管（海上作业情况）、换热器管，以及许多其他工业应用中，FIV也是一个常见问题。下表展示了北塔在某排气塔解决的一个FIV问题。

3 FIV设计分析

北塔为管道系统，包括离心式压缩机系统提供以下FIV设计服务：

• 评估根据管道位置，判断发生涡旋脱落、脉动和振动问题的可能性。北塔为盲管段分支，进行基于几何学、流态和声学模式的FIV评估。用于该研究的方法，引用自美国能量研究所的 “在工艺管道工程中，避免振动诱发损耗损坏的标准”
• 可选FIV服务：对温度计保护管和探头组，避免涡旋脱落频率和组件的结构固有频率（MNF）重叠。
• 高级FIV评估：针对复杂盲管段分支，可进行更细节化的FIV研究。在某些案例中，还可以进行管道系统的受迫响应分析。

为可能出现的损耗损坏风险，提供建议。对于离心式压缩机管道系统，有时FIV研究和声激振动研究（AIV研究）都是必须的。

4 FIV现场故障排除服务

北塔具有经验丰富的现场团队，致力于为现有设备进行FIV问题的故障排除。FIV故障排除应用包括：

• 离心式压缩机的小口径管道损坏，包括温度计保护管和仪器
• 管道的管壁模式振动问题
• 换热器管的FIV
• 采油立管的FIV

对于现场故障排除，进行现场的脉动、振动以及应力测量，以及结构固有频率和脉动固有频率判定都是必须的。很多案例中，有限元分析模型中会使用现场测量数据，来判定管道应力。

如果您正在进行高压系统的设计或运行，欢迎联系北塔，来获取FIV相关或其他振动问题的应用支持。 

5 相关信息

• Technical paper: AIV and FIV in Pipelines, Plants, and Facilities (PDF)
• 管道振动示例
• FIV案例研究（离心式压缩机的现场故障排除）（英文, PDF ）
• 美国能量研究所标准（英文）

6 相关服务

• 管道振动和整体评估（美国能量研究所分析，2008）
• 喘振控制动态分析（离心式压缩机系统）
• 管道热应力分析
• 流激紊动（FIT）分析
• 声激振动（AIV）分析

7 关键词

• 涡旋脱落
• 涡旋诱发的振动
• 流激脉动
• 流激励
• 美国能量研究所标准（2008）
• 离心式压缩机振动

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