1. 往復式壓縮機管系(xi)的特點
往(wang)復式壓(ya)縮機的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)特點是(shi)吸、排氣(qi)(qi)流(liu)(liu)呈(cheng)間(jian)歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)，因(yin)此不(bu)可避免的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)激發進、出口管道(dao)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)呈(cheng)脈(mo)(mo)動(dong)狀(zhuang)態，使(shi)管內(nei)流(liu)(liu)體(ti)參數（如壓(ya)力(li)、速度(du)、密度(du)等）隨(sui)位置及時間(jian)作(zuo)(zuo)(zuo)周(zhou)期性(xing)變化。這種現象稱(cheng)為氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)流(liu)(liu)體(ti)沿(yan)管道(dao)輸送時，遇到彎頭、異徑管、分支管、閥門(men)、盲板等元件(jian)將產生隨(sui)時間(jian)變化的(de)(de)(de)(de)(de)激振力(li)，受該激振力(li)作(zuo)(zuo)(zuo)用，管系便(bian)產生一(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)機械(xie)振動(dong)響(xiang)應。壓(ya)力(li)脈(mo)(mo)動(dong)越(yue)大(da)，管道(dao)振動(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)振幅和動(dong)應力(li)越(yue)大(da)。強烈(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)動(dong)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)會(hui)嚴重(zhong)(zhong)地(di)影響(xiang)氣(qi)(qi)閥的(de)(de)(de)(de)(de)正(zheng)常開閉(bi)，減(jian)小工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)效率(lv)，此外，還(huan)會(hui)引起管系的(de)(de)(de)(de)(de)機械(xie)振動(dong)，造成管件(jian)疲勞破壞(huai)，發生泄漏，甚至造成火災(zai)爆炸等重(zhong)(zhong)大(da)事故。因(yin)此降低氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)(mo)動(dong)是(shi)往(wang)復式壓(ya)縮機配(pei)管設計(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)(yao)任務之一(yi)。
管道振(zhen)(zhen)動的(de)(de)(de)第二個(ge)原因是(shi)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。管道內氣體(ti)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)系(xi)統，稱為(wei)(wei)氣柱(zhu)。氣柱(zhu)本身(shen)具(ju)有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)(wei)氣柱(zhu)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)。活塞往復(fu)運動的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)(wei)激發頻(pin)(pin)率(lv)。管道及其組(zu)成(cheng)件組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)系(xi)統，該(gai)系(xi)統結(jie)(jie)構(gou)本身(shen)具(ju)有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)(wei)管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)。在(zai)工程上(shang)常(chang)把（0.8～1.2）f的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)范圍作為(wei)(wei)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)。當氣柱(zhu)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激發頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)內時(shi)，發生(sheng)氣柱(zhu)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，產生(sheng)較(jiao)大壓力脈動。管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激發頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)或(huo)氣柱(zhu)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)時(shi)，發生(sheng)結(jie)(jie)構(gou)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。因此配管設計(ji)必須避免發生(sheng)氣柱(zhu)及結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)共(gong)(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，即調整氣柱(zhu)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)和管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)。
管(guan)道振動(dong)(dong)第三個(ge)原(yuan)因是由機組(zu)本(ben)身的振動(dong)(dong)引起。機組(zu)本(ben)身的動(dong)(dong)平衡(heng)性能(neng)差、安裝(zhuang)不對中、基(ji)礎及支承設計不當均(jun)會引起機組(zu)振動(dong)(dong)，帶動(dong)(dong)管(guan)系振動(dong)(dong)。
解(jie)決往(wang)復式壓(ya)縮(suo)機管(guan)(guan)系的(de)氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)(dong)與(yu)管(guan)(guan)道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)問(wen)題，要從設(she)計(ji)(ji)階段著手(shou)，應(ying)用(yong)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)(ji)算專用(yong)軟件進(jin)行分析(xi)計(ji)(ji)算，將管(guan)(guan)道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)消(xiao)滅在設(she)計(ji)(ji)階段。振(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)(ji)算包括(kuo)：氣(qi)柱固有頻率(lv)與(yu)氣(qi)動(dong)(dong)(dong)傳遞特性(xing)的(de)計(ji)(ji)算；壓(ya)力脈動(dong)(dong)(dong)不均勻度沿管(guan)(guan)分布及譜分析(xi)；管(guan)(guan)系結構固有頻率(lv)、振(zhen)型(xing)分析(xi)、振(zhen)幅及動(dong)(dong)(dong)應(ying)力計(ji)(ji)算。
2. 管道振動的機(ji)理與對策
管(guan)(guan)道系(xi)(xi)統(tong)之(zhi)所以發生(sheng)振(zhen)動(dong)是因為管(guan)(guan)道系(xi)(xi)統(tong)上作用有周期(qi)性(xing)的(de)(de)激(ji)(ji)振(zhen)力(li)。此(ci)激(ji)(ji)振(zhen)力(li)通常源(yuan)于管(guan)(guan)道內氣體(ti)壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)脈(mo)動(dong)（或(huo)稱(cheng)波動(dong)）。對于端(duan)點安裝往(wang)復式壓(ya)(ya)縮(suo)機的(de)(de)管(guan)(guan)系(xi)(xi)，壓(ya)(ya)力(li)脈(mo)動(dong)是無法(fa)避免的(de)(de)，我(wo)們的(de)(de)任務是將(jiang)壓(ya)(ya)力(li)脈(mo)動(dong)控(kong)制(zhi)在一(yi)定的(de)(de)范圍(wei)內，不使其產(chan)生(sheng)有害振(zhen)動(dong)。壓(ya)(ya)力(li)脈(mo)動(dong)在管(guan)(guan)道的(de)(de)轉彎處(chu)或(huo)在截面(mian)(mian)發生(sheng)變化處(chu)形成激(ji)(ji)振(zhen)力(li)。這些力(li)在大小(xiao)、方向以及相位上各不相同，作用在管(guan)(guan)道的(de)(de)彎頭和變截面(mian)(mian)（如異徑接(jie)頭、閥門(men)、三通等(deng)）處(chu)，激(ji)(ji)發管(guan)(guan)道作受迫(po)振(zhen)動(dong)。
壓縮機管道系統(tong)內各點的壓力脈動(dong)和振動(dong)取決于三個(ge)因素。
①. 壓縮機的(de)參數：包括轉速、活塞沖程(cheng)、連桿長度、氣(qi)缸(gang)直徑、流量(liang)、壓力(li)、溫度和緩沖器的(de)容積(ji)等。
②. 被壓(ya)縮的介質(zhi)的物理參數(shu)：包括分子量、絕熱(re)指數(shu)、溫度和(he)壓(ya)力(li)等(deng)。
③. 系(xi)統的(de)幾何(he)配置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)情況：包(bao)括(kuo)各管段的(de)長度、外徑、壁(bi)厚(hou)、走向；分支管的(de)位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)；閥門的(de)安裝位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)及其重量；各輔助設備的(de)位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、外形(xing)尺寸(cun)；各支承(cheng)的(de)設置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)位(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)和剛性等。
當(dang)上述三個因素確定之后，系統(tong)內各點(dian)的壓(ya)力脈動和振動情況也就相(xiang)應確定下來(lai)，由此可見，只要掌握計(ji)算氣(qi)流壓(ya)力脈動及管道(dao)振動規律，不難設計(ji)出使壓(ya)力脈動和振動均控制在安全、經(jing)濟范圍內的優質管道(dao)系統(tong)。
3. 振動(dong)分析所使用的(de)控(kong)制標準
往復式壓縮(suo)機管(guan)系的振(zhen)動(dong)分析(xi)應滿足：美國(guo)石油學會(hui)API618標準關于脈動(dong)控制(zhi)要求，保證壓縮(suo)機管(guan)系的氣流脈動(dong)不(bu)超過允許值(zhi)；根據美國(guo)普(pu)渡壓縮(suo)機技術協會(hui)關于機械(xie)振(zhen)幅(fu)要求，保證機械(xie)振(zhen)動(dong)全振(zhen)幅(fu)不(bu)超過允許值(zhi)。
美國石油學會(hui)制定(ding)的API618標準，從(cong)量上規定(ding)了對(dui)壓力脈(mo)動和(he)振(zhen)動控制的設計(ji)要求。
①. 當壓(ya)力在0.35～20.7MPa之間時，壓(ya)力不均勻度按下式計算(suan)：
②. 脈(mo)動頻率f按下(xia)式計算：
管(guan)道因振動而損壞的可能性主(zhu)要取決于振幅和頻率，也就是(shi)取決于交變應(ying)力(li)的大小和循(xun)環次(ci)數。對溫度不(bu)超(chao)過370℃碳鋼(gang)和低(di)合金鋼(gang)管(guan)道，設(she)計疲勞強度不(bu)應(ying)超(chao)過50MPa。由壓力(li)脈動及其他荷載(zai)產(chan)生(sheng)的綜合一次(ci)應(ying)力(li)不(bu)應(ying)超(chao)過管(guan)道的熱(re)態許(xu)用應(ying)力(li)。
③. 根據美國石油協會API618的規定(ding)，緩沖器(qi)容積按下式計(ji)算(suan)：
4. 管道壓力(li)脈(mo)動的控制(zhi)措施
由于往復式壓縮(suo)機間(jian)歇性(xing)和周期(qi)性(xing)吸排氣，管(guan)道(dao)內(nei)(nei)流體必然呈脈動狀態。進行(xing)壓力脈動分析不(bu)可能完全(quan)消除壓力的(de)脈動，而是將(jiang)其控制在允許的(de)范圍(wei)內(nei)(nei)［參見式（9-6）］。
壓力脈動的控制措施如下。
①. 首(shou)先要(yao)進(jin)行氣(qi)(qi)柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率的(de)計(ji)算，使氣(qi)(qi)柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率（至少前(qian)三階）與活塞激(ji)發頻(pin)(pin)率錯開，從而避開氣(qi)(qi)柱(zhu)共振。影響氣(qi)(qi)柱(zhu)固有頻(pin)(pin)率的(de)因素除介質的(de)組分外有緩沖器的(de)尺寸與位(wei)置、管(guan)徑(jing)的(de)大小、管(guan)系的(de)分支的(de)多少與位(wei)置、各(ge)(ge)管(guan)段(duan)的(de)長度、孔板及其安裝位(wei)置、各(ge)(ge)管(guan)段(duan)的(de)端點條件等。
②. 合理設計(ji)緩沖(chong)器并安裝在盡量靠近氣(qi)缸的(de)(de)位(wei)置。緩沖(chong)器是最簡單而有效(xiao)的(de)(de)消振措施(shi)。它能(neng)使緩沖(chong)器后面的(de)(de)管道(dao)內的(de)(de)氣(qi)流變得緩和，其(qi)作用與柔性(xing)分(fen)析中的(de)(de)補償器相(xiang)似(si)。
要達到理(li)想的(de)(de)(de)(de)減振效果，緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)(ying)有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)容積(ji)［可(ke)參照(zhao)式(shi)(shi)（9-8）確(que)定］。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)有(you)兩種(zhong)形式(shi)(shi)：一種(zhong)是(shi)簡單的(de)(de)(de)(de)無內(nei)(nei)件的(de)(de)(de)(de)緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)，另一種(zhong)是(shi)有(you)內(nei)(nei)件濾(lv)波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)。采(cai)用內(nei)(nei)件濾(lv)波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)可(ke)以(yi)更有(you)效地控制(zhi)緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)后的(de)(de)(de)(de)管道內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)壓力脈動，適(shi)當減少緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)容積(ji)，但同時會增大(da)阻(zu)力降(jiang)。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)安裝應(ying)(ying)盡(jin)量靠(kao)近氣缸(gang)，對上進氣下排氣的(de)(de)(de)(de)壓縮(suo)機，入口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)(ying)布置在氣缸(gang)上方(fang)，并盡(jin)量靠(kao)近氣缸(gang)。出(chu)口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)(ying)布置在氣缸(gang)的(de)(de)(de)(de)正下方(fang)并盡(jin)量靠(kao)近氣缸(gang)。
③. 合理的(de)(de)(de)增設消(xiao)振孔(kong)(kong)板。在(zai)容器的(de)(de)(de)入(ru)口處加(jia)裝(zhuang)適當(dang)尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)板，可以將該管(guan)(guan)段內的(de)(de)(de)壓(ya)力駐波變成行波，使管(guan)(guan)道(dao)尾端(duan)不(bu)再具有反射條件，從而降低了壓(ya)力不(bu)均勻度，達到減輕管(guan)(guan)道(dao)振動的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。加(jia)裝(zhuang)消(xiao)振孔(kong)(kong)板同(tong)時又產生局(ju)部阻力損(sun)失，所以壓(ya)縮機(ji)制造廠在(zai)確(que)定(ding)緩(huan)沖器容積時一般不(bu)應考慮加(jia)裝(zhuang)孔(kong)(kong)板，但當(dang)緩(huan)沖器容積過(guo)大無法(fa)制造安裝(zhuang)時，也可考慮加(jia)裝(zhuang)孔(kong)(kong)板，同(tong)時需對(dui)孔(kong)(kong)板的(de)(de)(de)局(ju)部阻力損(sun)失進行核算。
消振孔(kong)(kong)板(ban)的孔(kong)(kong)徑比(bi)要經壓力脈動計算確定，一般孔(kong)(kong)徑比(bi)為0.43～0.5，孔(kong)(kong)板(ban)厚度為3～5mm，孔(kong)(kong)板(ban)內徑邊緣處必須(xu)保(bao)留銳利(li)棱(leng)角(jiao)，不得倒角(jiao)，否(fou)則效(xiao)果要降(jiang)低。孔(kong)(kong)板(ban)太厚會增大局部(bu)阻力損失，并產生噪聲(sheng)。孔(kong)(kong)板(ban)的材料(liao)與管道相同。孔(kong)(kong)板(ban)的形式與法蘭的密封面相適應(ying)。消振孔(kong)(kong)板(ban)通(tong)常安裝在(zai)緩(huan)沖器的進(jin)出口管口處。
④. 設(she)置集管(guan)器。并機運(yun)行的(de)管(guan)道在匯(hui)合處(chu)(chu)脈動量會相(xiang)互(hu)(hu)(hu)疊加，疊加的(de)結果，有時相(xiang)互(hu)(hu)(hu)抵消，有時相(xiang)互(hu)(hu)(hu)加強，這就要看投(tou)入運(yun)行的(de)壓縮(suo)機的(de)曲柄錯角，如果相(xiang)位一致(zhi)則(ze)加強，相(xiang)位相(xiang)反則(ze)減弱。為(wei)避免在多機匯(hui)合處(chu)(chu)產生(sheng)過(guo)大脈動值，在匯(hui)合處(chu)(chu)設(she)置集管(guan)器，其尺寸(cun)太小不影響緩沖作(zuo)用。集管(guan)器的(de)設(she)計(ji)原則(ze)是(shi)：集管(guan)器的(de)通流(liu)面(mian)積，應大于所有進氣管(guan)通流(liu)面(mian)積總和的(de)3倍。
⑤. 控(kong)制管(guan)系各管(guan)段的(de)(de)壓(ya)力(li)脈動值，使其不超(chao)過式（9-6）的(de)(de)計算值。當主管(guan)道上的(de)(de)壓(ya)力(li)不均勻度超(chao)標(biao)時，首先核算緩(huan)(huan)沖器容積(ji)，緩(huan)(huan)沖器容積(ji)不夠(gou)時，加(jia)大緩(huan)(huan)沖器容積(ji)，如果緩(huan)(huan)沖器已(yi)制造完畢或(huo)緩(huan)(huan)沖器太大難以制造時，采取加(jia)裝(zhuang)消振(zhen)孔(kong)板方法。當分(fen)支管(guan)（如跨(kua)線、放空線等）脈動值超(chao)標(biao)時，可適當加(jia)大該管(guan)管(guan)徑或(huo)在(zai)該分(fen)支的(de)(de)適當位(wei)置(zhi)加(jia)裝(zhuang)孔(kong)板。如果該分(fen)支的(de)(de)末端為盲(mang)板或(huo)關閉的(de)(de)閥門，應考慮改變該管(guan)段的(de)(de)長度。
在(zai)整個管系脈(mo)動值(zhi)都控制(zhi)在(zai)允許的(de)范圍內(nei)后，再進(jin)行管系結(jie)構振(zhen)動的(de)計算(suan)，將機(ji)械振(zhen)動的(de)振(zhen)幅和動應力控制(zhi)在(zai)允許的(de)范圍內(nei)。
5. 管道振動(dong)的(de)控制措(cuo)施
①. 進行(xing)管(guan)系(xi)的機(ji)(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)計算，使機(ji)(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)（至少前三階(jie)）與活塞激發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)錯開并與氣(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)（至少前三階(jie)）錯開。通(tong)常對于中(zhong)、低壓管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)不低于24Hz；對高壓管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)不低于28Hz。
②. 在(zai)管道柔性分析(xi)滿(man)足(zu)的(de)前提下，應盡(jin)量減少(shao)轉彎，因(yin)為(wei)過多的(de)轉彎會減小管系的(de)剛度，使管系的(de)機械固有頻率降低(di)，并(bing)且(qie)在(zai)彎頭處產(chan)生激振力，從而發生振動(dong)。
③. 支架應采取(qu)防振(zhen)管卡(ka)(ka)(ka)，而(er)不能只為(wei)承(cheng)重或(huo)止推。因為(wei)防振(zhen)管卡(ka)(ka)(ka)可以(yi)(yi)約(yue)束(shu)X、Y、Z三個(ge)方向的線(xian)位移(yi)，對直(zhi)徑較小的管子甚至(zhi)可以(yi)(yi)約(yue)束(shu)RX、RY、RZ三個(ge)角位移(yi)，而(er)承(cheng)重或(huo)止推架卻只能約(yue)束(shu)一個(ge)方向的線(xian)位移(yi)。為(wei)保證管道與管卡(ka)(ka)(ka)充(chong)分接觸，在管卡(ka)(ka)(ka)與管道之(zhi)間(jian)墊石棉橡膠(jiao)板。
④. 支架的間(jian)距應滿足最(zui)小頻(pin)率的要求。
⑤. 管(guan)道應盡量沿地面敷(fu)設(she)(she)，便于設(she)(she)置支架(jia)，管(guan)道過高則(ze)支架(jia)難(nan)以生(sheng)根，同時支架(jia)的(de)剛度(du)很難(nan)保證。支架(jia)的(de)剛度(du)可(ke)參照表(biao)9-15。
對于較(jiao)高(gao)的支(zhi)架(jia)宜采(cai)用框架(jia)結構，單根立柱剛度較(jiao)小。
⑥. 為防止機組的(de)轉動不(bu)平(ping)衡力(li)引起(qi)管(guan)系振動，進出口緩沖器要有牢固的(de)支承，靠(kao)近壓縮機的(de)管(guan)段的(de)支架應重點(dian)考慮。
⑦. 在閥門(men)等(deng)集(ji)中(zhong)質量處應(ying)加支架，因為集(ji)中(zhong)質量處振動頻(pin)率低。
6. 氣(qi)體的(de)壓力脈動
往(wang)復壓(ya)縮機的(de)活塞在氣缸(gang)中進行周期(qi)(qi)性往(wang)復運動(dong)，引起吸排氣呈間歇(xie)性和周期(qi)(qi)性，管(guan)內氣體壓(ya)力不但隨(sui)位(wei)置變化(hua)(hua)，而且隨(sui)時間作(zuo)周期(qi)(qi)性變化(hua)(hua)，這種現象稱為氣體壓(ya)力脈動(dong)。壓(ya)力脈動(dong)的(de)大小通常用壓(ya)力不均(jun)勻(yun)度(du)來衡量。壓(ya)力不均(jun)勻(yun)度(du)的(de)表(biao)達(da)式如(ru)下：
