靜電除塵器極板振動特性的分析
徐文紅1,? 鐘高琦2,? 黃見勛1,? 鄭謀生1
(1.華夏國際電力嵩嶼電廠,福建 廈門 361026；2.北京鐘高琦聲學(xué)技術(shù)研究所,北京 100080)

[摘要]? 以廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司嵩嶼電廠300MW機(jī)組靜電除塵器改造工程中實(shí)際應(yīng)用的極板為例，采用流固耦聯(lián)振動理論及有限元方法，對靜電除塵器極板的振動特性進(jìn)行分析和計(jì)算，得出極板振動分析的普遍規(guī)律。文中給出一些代表性的極板振型圖，它們是經(jīng)過大量計(jì)算由計(jì)算機(jī)作圖和歸納而成的，可為靜電除塵器極板振動分析的依據(jù)。
[關(guān)鍵詞條]? 靜電除塵器極板；? 振動特性 ；? 有限元法；?? 流固耦聯(lián)振動；?? 振型

由于廈門華夏國際電力發(fā)展有限公司嵩嶼電廠煙塵比電阻高，以及機(jī)械振打機(jī)制和極板、極線的振動模式等原因，在框架或極板受到擊打或摯動時(shí)，振打加速度難以均勻地傳遞到整個(gè)極板或電暈線，加速度大小分布不均勻。因此，存在著清灰質(zhì)量差的死角或死區(qū)。從振動分析角度來看，原有的電磁振打系統(tǒng)在擊打時(shí)，激勵極板、極線的振動模式是自由振動。由于阻尼的存在，自由振動以指數(shù)衰減，尤其因灰垢的附加質(zhì)量而產(chǎn)生的阻尼，使得自由振動大幅減弱。同時(shí)過厚積灰及清灰死角或死區(qū)，又使得自由振動的阻尼繼續(xù)加大，從而形成惡性循環(huán)，嚴(yán)重地影響靜電除塵器的除塵率。
針對嵩嶼電廠靜電除塵器原有電磁振打系統(tǒng)存在的問題，確定采用高效能聲波振打機(jī)制，其要點(diǎn)是：
(1)、高效能聲波振打所激勵起來的極板、極線的振動方式，不僅有自由振動，而且有強(qiáng)迫振動。有阻尼的自由振動振幅由大而小，且以指數(shù)衰減。強(qiáng)迫振動方式則是包括振幅由小而大的建立過程，振幅穩(wěn)定的持續(xù)過程，振幅由大而小的衰減過程。阻尼影響的是振幅峰值和衰減速率，而持續(xù)過程的振幅穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間，還取決于聲波激勵的持續(xù)時(shí)間。因此，強(qiáng)迫振動方式可以激勵起極板、極線較長的可控制振動。
(2)、高效能聲波振打所激勵起來的極板、極線的振動模式（振型），不僅應(yīng)有一階振型，而且還應(yīng)有一階以上的高階振型。也就是說，要使聲波振打以強(qiáng)迫振動有效地激勵起極板極線比較強(qiáng)烈的高階振型振動。
本文以嵩嶼電廠300MW機(jī)組靜電除塵器改造工程中實(shí)際應(yīng)用的極板為實(shí)例，采用流固耦聯(lián)振動理論及有限元方法，分析靜電除塵器極板振動的普遍規(guī)律。
1．?流體作用
眾所周知，極板是屬于非定常流的渦激而振動，加之以流體介質(zhì)本身的特性，其所處流場分析較為復(fù)雜。本文在進(jìn)行分析和計(jì)算時(shí)，作了一些假設(shè)。
（1）、流體存在所產(chǎn)生的影響
把流體假設(shè)為一種最簡單的流體，即是一種即無粘、無旋的理想流體。由于無粘，就可以不考慮由于流體質(zhì)點(diǎn)之間因摩擦而產(chǎn)生的阻力；由于無旋，就可以不考慮流體質(zhì)點(diǎn)微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)和分離等因素的影響；僅討論流體的存在而產(chǎn)生的影響。另外，在分析中還要假設(shè)流體不可壓縮的（這對于不存在沖擊波的情況是合理的），極板是線形振動，流體表面重力波可不計(jì)。
（2）、流體的粘性及有旋性所產(chǎn)生的影響
流體的粘性不僅會產(chǎn)生流體微團(tuán)的內(nèi)摩擦而影響流場，并且會對流場中的極板產(chǎn)生阻尼力。作用在極板上的阻尼力主要是由于流體的粘性所產(chǎn)生。此外，如果有旋渦發(fā)生，該旋渦也是引起阻力的原因之一。通常，假設(shè)阻尼力是與流體微團(tuán)和極板的相對速度的平方成正比例，單位寬度上的阻尼力FD可表示為
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式中：U-流體速度；ρ-流體密度；D-極板厚度；CD-阻尼力系數(shù)。阻尼力的與流體密度成正比，這就確定了不同流體介質(zhì)對極板影響的相對關(guān)系，而橫截面積、流速的影響也是明確的。此外，阻尼力系數(shù)CD除了與橫截面的形狀、流體運(yùn)動方向有關(guān)外，雷諾數(shù)Re及極板的表面光潔度等的影響也不容忽視。由于流體微團(tuán)不是定常流動，因而還與流體波動周期參數(shù)NKC有關(guān)。