1、第五節塔設備的振動在風力作用下，塔的振動形式：載荷振動：振動方向沿著風的方向 順風向的振動；誘導振動：振動方向沿著風的垂直方向 橫向振動。誘導振動對塔設備的破壞性大，所以本章主要討論風的誘導振動。一、風的誘導振動機理卡曼渦街：當風以一定速度繞流圓柱體時， 在圓柱體兩側的背風面交替產生旋轉方向相反的旋渦， 然后脫離并形成一個旋渦尾流， 這種現象稱為卡曼渦街， 如圖 7-84 所示。產生原因：圖7-82、7-83，依據流體力學原理，邊界層堆積、分離。風以一定的速度繞流圓柱形塔設備，塔設備周圍的風速是變化的。圖 7-82 塔周圍的風速(a)邊界層的堆積圖 7-83（ a） 邊界層的堆積及旋渦的形成2

2、96(b)旋渦的形成圖 7-83（ b） 邊界層的堆積及旋渦的形成圖 7-84 卡曼渦街圖 7-84 卡曼渦街產生條件旋渦特性與雷諾數的關系：a.當 Re5 時，不發生邊界層分離現象，無旋渦產生；b.當 5 Re40 時，塔體背后出現一對穩定的旋渦；c.當 40Re150 時，出現卡曼渦街，塔體背風面交替產生旋轉方向相反的旋渦，見圖 7-84；297d.當 300Re 3 105 時，亞臨界區，旋渦以一確定的頻率周期性地脫落；e.當 3105Re3.5106 時，過渡期，無渦街出現，尾流變窄，無規律且都變成紊流；f. 當 Re3.5106 時，超臨界區，卡曼渦街又重新出現。升力塔兩側流體繞流情

3、況：旋渦剛剛脫落的一側，繞流改善，流體阻力，速度，靜壓力旋渦正在產生的一側，繞 流 差，流體阻力，速度，靜壓力 塔表面壓強分布不均， 周期性變化， 受到力的作用， 使塔沿風向的垂直方向產生振動 稱之為橫向振動。升力沿風向的垂直方向的推力。拽力沿風向產生的風力升力拽力計算時一般只考慮升力CLv2 A（7-47）升力計算： FL2 風誘導振動的激振頻率：塔體的激振頻率形成旋渦的頻率旋渦脫落的頻率；旋渦脫落的頻率的影響因素：塔體的外徑、風速；激振頻率：v（7-48）fvSr DSr 斯特勞哈爾準數，其值與雷諾數 Re 大小有關，可由圖7-85 確定。圖 7-85 圓柱體的值 臨界風速共振：當旋渦脫落

4、的頻率與塔的任一振型的固有頻率一致時，會引起塔的劇烈振動。臨界風速：塔共振時風速。298若取 Sr =0.2，則由 (7-49)式可求得臨界風速。vcn 5 fcn D5D(7-49)Tcn二、塔設備的自振周期（固有周期）解析法集中質量法固有周期計算方法近似法折算質量法能量法塔設備的力學模型：簡化成底端固定、頂端自由、質量沿高度連續分布的懸臂梁，見圖 7-71。塔視為具有多個自由度體系，則它具有多個固有頻率。基本頻率固有頻率中最低的頻率；振型振動后的變形曲線，圖7-72。固有周期的求解思路： 振動微分方程 設通解 由邊界條件 定通解 求得固有周期第一振型第二振型第三振型圖 7-71 計算模型圖

5、 7-72 塔設備振型299 等截面塔：直徑、壁厚、材質相同，質量沿高度均布。由振動方程：4 ym2 y0（7-3）x4EIt2T11.79mH 4EI求解得： T20.285mH 4(7-5)EIT30.102mH 4EI振型：圖 7-72變截面塔：不等直徑或不等壁厚，質量沿高度不均布。方法：質量折算法 將一個多自由度體系簡化成一個單自由度體系， 如圖 7-73 所示。假設： a.塔的質量全部集中于塔頂；hi3b.振型曲線為 Yi Ya2H(7-8)結論：變截面塔的第一振型的固有周期為：1 nhi3nH i3nH i3T1 2mi(7-12)3 i 1Hi 1Ei I ii 2Ei 1Ii

6、1公式缺點：只能計算第一振型的自振周期( 為什么 ?)一般塔的 T1=110s 之間。300多自由度體系折算后的單自由度體系圖 7-73 不等直徑或不等壁厚塔的計算三、塔設備的防振共振的危害：輕者使塔產生嚴重彎曲、 傾斜，塔板效率下降，影響塔設備的正常操作； 重者使塔設備導致嚴重破壞，造成安全事故。因此，在塔的設計階段就應避免共振的發生。規定：為了防止塔的共振，fv 不得在如下范圍內：0.85 f c1 fv 1.3 fc1(7-50)如果激振頻率fv 在式 (7-50)的范圍內，則采取相應的措施：塔Ifc成本;增大塔的固有頻率；H 或 Df c (與工藝結合 )增大塔的阻尼：a. 塔盤上的液體或塔內的填料使塔阻尼，Y；設置彈簧阻尼器；塔壁上懸掛外裹橡膠的鐵鏈條。采用擾流裝置：合理布置塔體上的管道、平臺、扶梯和其它的連接件，以消除或破壞卡曼旋渦的形成；塔外裝軸向薄翅片、擋板、螺旋板，以防止旋渦形成。思考題塔設備由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？301填料