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摘要：锅炉运行时的激扰会对炉顶吊挂装置产生影响，其振动行为关系到锅炉安全运行。本文对比分析了力学计算和有限元模拟得到的吊挂装置振动特性数据，并排除了敲击法在测量吊挂装置振动特性中的可能影响因素，为有效得到炉顶吊挂装置的振动特性数据提供依据。
关键词：锅炉；吊挂装置；固有频率；振动
一、前言
电站锅炉炉顶吊挂装置是将锅炉受压元件悬吊于钢结构上的承载连接装置，承载了锅炉的绝大部分载荷，对锅炉的安全运行起着至关重要的作用。某电厂锅炉自投产以后一直存在炉顶吊挂装置振动较大的现象，对炉顶吊挂装置的危害很大，为了降低炉顶吊挂振动，改善其振动速度及幅度，需要对吊挂装置自身的振动特性进行测量与分析。本文从力学计算、有限元模拟及敲击法测试等手段入手，得到了炉顶吊挂装置的有效振动特性数据。
二、吊挂装置固有频率的计算与模拟
锅炉炉顶吊挂装置多为一节或者二节刚性吊杆，通过铰接的方式将被悬吊物和钢结构相连。吊挂装置的振动可简化为两端受到轴向拉力的细长杆的振动。当细长杆作垂直于轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，由于同时受到两端轴向力T的作用，因此其横向（Y向）弯曲自由振动微分方程为：
将细长杆的约束形式简化为两端简支约束，利用其边界条件，通过求解频率方程建立固有频率与轴向拉力之间的关系式：
其中表示系统的n阶固有频率，E为弹性模量，A为横截面积，J为横截面对中心主轴的惯性矩，为单位体积质量，l为长度，T为轴向拉力。
由于实际安装过程中，较长的炉顶吊杆通常采用连板铰接的形式将两节刚性吊杆连接起来，采用ANSYS有限元对炉顶吊挂装置进行固有频率计算时，模型为中间连板铰接型式，连板采用等质量的杆件模拟，根部简化为固定约束，管部简化为铰接。
各集箱吊挂装置的固有频率理论解与有限元模拟结果详见表1。有限元模拟中连板和管部连接件均具有一个方向的转动自由度，且两者转动面相互垂直，因此同一阶固有频率具有两个数值不同、方向不同的数据。
三、敲击法测量吊挂装置固有频率的应用
不同材料、不同尺寸和形状的物体，在被撞击时，发出声音的频率是各不相同的。对截面积不变、材料一致的细长杆，当沿轴向施加外力撞击时会在杆中形成纵波，由于细长杆的长宽比很大，纵波会成为平面纵波且截面上各质点作等幅同相振动，因此撞击形成的波频就是其固有频率。
1.不同激励方式对固有频率测量的影响
由于可以采用多种方式对吊杆施加外力激励，因此需要确定外力施加方式是否影响吊杆固有频率的测量。本次采用双手摇动吊杆至稳定摆动后松开，蹬踏、木棒敲击、橡胶锤敲击作为施加外力撞击的方式，测量同一吊杆在受到不同方式撞击后的振动波形
通过振动波形可以看到，手摇方式由于外力的施加是一段稳定过程，吊杆振动波形也是完整的正弦波图样；其他三种施加方式是外力撞击，吊杆瞬间受力的同时突然受力消失，使输入的能量完全轉化为吊杆的振动，因此其振动波形为不同频率波形的叠加。通过频谱图可以看出，高速冲击形式的外加激励，更容易激起吊杆的高阶固有频率，而激励方式不同，并不会造成等阶固有频率的差异。
2.不同激励能量对固有频率测量的影响
在每次测量过程中，人为的施加外力激励可能存在输入能量的差异，为了放大这种能量输入的差异，在现场采用明显的不同力道蹬踏吊杆使其受迫振动，测量同一吊杆在不同激励强度下的振动波形（如图2-a所示），经过数据处理得到相应的频谱图（如图2-b所示）。
可以看出，当激励强度过大时，在吊杆自身张力的作用下，振幅衰减明显，很快进入自身稳定振动状态，即按照自身固有频率振动，且激励强度决定了振动振幅的大小。尽管高强度激励时吊杆阻尼效应明显，稳定状态振幅较大，但不同激励强度下得到的频谱图一致，均能反映吊杆固有频率。
四、结论
1.对于现场实际的炉顶吊挂装置，可方便的采用两端铰接的梁模型的解析解公式计算，得到的固有频率误差较小。
2.尽管敲击法测试过程中敲击方式、强度等无法保持完全一致，但其测量结果并不受敲击方式、强度的影响，只要保证其方式、强度基本一致即可保证数据的真实有效。
参 考 文 献
[1] 机械振动[M].机械工业出版社.1980；
[2] 提高固有频率测量精度的声频法及其工程应用[J].合肥工业大学学报.2005；
关键词：锅炉；吊挂装置；固有频率；振动
一、前言
电站锅炉炉顶吊挂装置是将锅炉受压元件悬吊于钢结构上的承载连接装置，承载了锅炉的绝大部分载荷，对锅炉的安全运行起着至关重要的作用。某电厂锅炉自投产以后一直存在炉顶吊挂装置振动较大的现象，对炉顶吊挂装置的危害很大，为了降低炉顶吊挂振动，改善其振动速度及幅度，需要对吊挂装置自身的振动特性进行测量与分析。本文从力学计算、有限元模拟及敲击法测试等手段入手，得到了炉顶吊挂装置的有效振动特性数据。
二、吊挂装置固有频率的计算与模拟
锅炉炉顶吊挂装置多为一节或者二节刚性吊杆，通过铰接的方式将被悬吊物和钢结构相连。吊挂装置的振动可简化为两端受到轴向拉力的细长杆的振动。当细长杆作垂直于轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，由于同时受到两端轴向力T的作用，因此其横向（Y向）弯曲自由振动微分方程为：
将细长杆的约束形式简化为两端简支约束，利用其边界条件，通过求解频率方程建立固有频率与轴向拉力之间的关系式：
其中表示系统的n阶固有频率，E为弹性模量，A为横截面积，J为横截面对中心主轴的惯性矩，为单位体积质量，l为长度，T为轴向拉力。
由于实际安装过程中，较长的炉顶吊杆通常采用连板铰接的形式将两节刚性吊杆连接起来，采用ANSYS有限元对炉顶吊挂装置进行固有频率计算时，模型为中间连板铰接型式，连板采用等质量的杆件模拟，根部简化为固定约束，管部简化为铰接。
各集箱吊挂装置的固有频率理论解与有限元模拟结果详见表1。有限元模拟中连板和管部连接件均具有一个方向的转动自由度，且两者转动面相互垂直，因此同一阶固有频率具有两个数值不同、方向不同的数据。
三、敲击法测量吊挂装置固有频率的应用
不同材料、不同尺寸和形状的物体，在被撞击时，发出声音的频率是各不相同的。对截面积不变、材料一致的细长杆，当沿轴向施加外力撞击时会在杆中形成纵波，由于细长杆的长宽比很大，纵波会成为平面纵波且截面上各质点作等幅同相振动，因此撞击形成的波频就是其固有频率。
1.不同激励方式对固有频率测量的影响
由于可以采用多种方式对吊杆施加外力激励，因此需要确定外力施加方式是否影响吊杆固有频率的测量。本次采用双手摇动吊杆至稳定摆动后松开，蹬踏、木棒敲击、橡胶锤敲击作为施加外力撞击的方式，测量同一吊杆在受到不同方式撞击后的振动波形
通过振动波形可以看到，手摇方式由于外力的施加是一段稳定过程，吊杆振动波形也是完整的正弦波图样；其他三种施加方式是外力撞击，吊杆瞬间受力的同时突然受力消失，使输入的能量完全轉化为吊杆的振动，因此其振动波形为不同频率波形的叠加。通过频谱图可以看出，高速冲击形式的外加激励，更容易激起吊杆的高阶固有频率，而激励方式不同，并不会造成等阶固有频率的差异。
2.不同激励能量对固有频率测量的影响
在每次测量过程中，人为的施加外力激励可能存在输入能量的差异，为了放大这种能量输入的差异，在现场采用明显的不同力道蹬踏吊杆使其受迫振动，测量同一吊杆在不同激励强度下的振动波形（如图2-a所示），经过数据处理得到相应的频谱图（如图2-b所示）。
可以看出，当激励强度过大时，在吊杆自身张力的作用下，振幅衰减明显，很快进入自身稳定振动状态，即按照自身固有频率振动，且激励强度决定了振动振幅的大小。尽管高强度激励时吊杆阻尼效应明显，稳定状态振幅较大，但不同激励强度下得到的频谱图一致，均能反映吊杆固有频率。
四、结论
1.对于现场实际的炉顶吊挂装置，可方便的采用两端铰接的梁模型的解析解公式计算，得到的固有频率误差较小。
2.尽管敲击法测试过程中敲击方式、强度等无法保持完全一致，但其测量结果并不受敲击方式、强度的影响，只要保证其方式、强度基本一致即可保证数据的真实有效。
参 考 文 献
[1] 机械振动[M].机械工业出版社.1980；
[2] 提高固有频率测量精度的声频法及其工程应用[J].合肥工业大学学报.2005；