清管器发球装置,简称发球筒,通常与长输管线及站内工作管线相连,安装在清管线的始端,用来发射清管器。因其合理的结构、可靠的工作性能及简便的安装等优点被广泛应用于石油、化工等各类长输、集输管道的清管、除蜡、除垢等管线维护作业中,是保证管道建设及稳定运作的重要管道附件。发球装置在作业时,会产生比较强烈的振动,严重地会对生产安全造成很大的威胁,如:配管连接处发生破裂、支撑松动、压力表工作不正常、球筒破裂、泄漏等。目前,已有的相关研究对发球装置的振动特性研究较少,同时研究也缺乏系统性。在此基础上,本文对清管器发球装置进行以下研究。分析了发球装置的振动特性机理、产生振动的原因以及相应的振动控制措施,同时还确定了实验测试和数值模拟方法,对于流体系统,研究了流场控制方程理论和湍流模型,以及与实际工况相一致的边界条件,确定了流固耦合数学模型。在Fluent软件中分析了发球装置内部流场变化规律。研究了输送介质为气体和液体时,发球装置内部的流场变化规律,并分析了结构参数(旁通管直径和阀门开度)和流体参数(工作压力和流速)对其流场分布的影响规律。探索了两种介质工况下压力场、速度场和湍流强度场的分布规律。在Ansys Workbench软件中分析了发球装置的振动特性。分析了发球装置在无耦合工况和流固耦合(气固耦合和液固耦合)工况下的固有频率和振型,并分析了结构参数(球筒壁厚、旁通管直径)和流体参数(流速和工作压力)对发球装置系统的各阶模态的固有频率和总变形的变化规律。论文还对输气站场发球装置进行了振动测试,采用敲击法测试了发球装置的固有频率,分析处理后得到发球装置固有频率的平均值为41.489Hz,与有限元模态计算结果非常接近。论文最后根据发球装置的振动分析与现场测试,对其提出了三种相应的减振方案,并分别对三种不同的方案进行了模态分析和气固耦合振动分析,并与原结构模型进行了减振效果分析,发现增大配管直径和弯头直径能够简单有效的降低发球装置的振动强度。本文采用数值计算模拟与实验相结合的方法,对发球装置流场变化规律与振动特性进行了研究,对收发球装置的现场使用和结构优化提供了参考。