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機組靜電除塵器改造工程中實際應用的極板為例，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行分析和計算，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)過大量計算由計算機作圖和歸納而成的，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，以及機械振打機制和極板、極線的振動模式等原因，在框架或極板受到擊打或摯動時，振打加速度難以均勻地傳遞到整個極板或電暈線，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，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制，其要點是：
(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)時間，還取決于聲波激勵的持續(xù)時間。因此，強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），不僅應有一階振型，而且還應有一階以上的高階振型。也就是說，要使聲波振打以強迫振動有效地激勵起極板極線比較強烈的高階振型振動。
本文以嵩嶼電廠300MW機組靜電除塵器改造工程中實際應用的極板為實例，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雜。本文在進行分析和計算時，作了一些假設。
（1）、流體存在所產(chǎn)生的影響
把流體假設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)點微團的旋轉(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。
（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，假設阻尼力是與流體微團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。由于流體微團不是定常流動，因而還與流體波動周期參數(shù)NKC有關(guān)。