1. 往復式壓(ya)縮機管系(xi)的特(te)點
往復式(shi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮機的(de)(de)工作特點(dian)是吸(xi)、排(pai)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)呈間歇性和周期性，因此不可(ke)避免的(de)(de)要(yao)激(ji)發進、出口管(guan)道(dao)內(nei)的(de)(de)流(liu)(liu)體呈脈動(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)，使(shi)管(guan)內(nei)流(liu)(liu)體參數（如壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)、速度(du)(du)、密(mi)度(du)(du)等）隨(sui)位(wei)置及時(shi)(shi)間作周期性變(bian)化。這種現象稱為氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)。脈動(dong)(dong)流(liu)(liu)體沿管(guan)道(dao)輸送時(shi)(shi)，遇到彎(wan)頭(tou)、異徑管(guan)、分支(zhi)管(guan)、閥(fa)門(men)、盲(mang)板等元件(jian)(jian)將產(chan)生(sheng)(sheng)隨(sui)時(shi)(shi)間變(bian)化的(de)(de)激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)力(li)，受該(gai)激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)力(li)作用，管(guan)系便產(chan)生(sheng)(sheng)一(yi)定的(de)(de)機械振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)響應。壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)越(yue)大，管(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)幅和動(dong)(dong)應力(li)越(yue)大。強烈的(de)(de)脈動(dong)(dong)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)會嚴重地影(ying)響氣(qi)(qi)閥(fa)的(de)(de)正常(chang)開閉(bi)，減小(xiao)工作效率，此外(wai)，還會引(yin)起管(guan)系的(de)(de)機械振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，造成管(guan)件(jian)(jian)疲勞破壞，發生(sheng)(sheng)泄漏，甚至造成火(huo)災爆炸等重大事(shi)故。因此降(jiang)低氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)是往復式(shi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮機配管(guan)設(she)計(ji)的(de)(de)主要(yao)任務(wu)之(zhi)一(yi)。
管(guan)道振(zhen)動的(de)(de)(de)第二個(ge)原因是共振(zhen)。管(guan)道內氣(qi)(qi)體(ti)構成(cheng)一(yi)個(ge)系統，稱(cheng)為(wei)氣(qi)(qi)柱。氣(qi)(qi)柱本(ben)身(shen)具有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)為(wei)氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往復運(yun)動的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)為(wei)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)道及(ji)其組(zu)成(cheng)件組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)系統，該(gai)系統結構本(ben)身(shen)具有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)為(wei)管(guan)系機(ji)械固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。在工(gong)程上(shang)常(chang)把（0.8～1.2）f的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)范(fan)圍作為(wei)共振(zhen)區。當氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)落在激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區內時，發(fa)生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)柱共振(zhen)，產生(sheng)(sheng)較大壓(ya)力脈動。管(guan)系機(ji)械固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)落在激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區或(huo)氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區時，發(fa)生(sheng)(sheng)結構共振(zhen)。因此配管(guan)設計必須避免發(fa)生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)柱及(ji)結構的(de)(de)(de)共振(zhen)，即調整氣(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)和管(guan)系機(ji)械固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管道振動第三個(ge)原因是(shi)由機組(zu)本身的振動引起(qi)(qi)。機組(zu)本身的動平衡性能差、安裝不對中、基礎及(ji)支承(cheng)設計(ji)不當(dang)均會引起(qi)(qi)機組(zu)振動，帶動管系振動。
解決往復式壓(ya)縮機管(guan)系的氣(qi)流(liu)脈(mo)動(dong)與管(guan)道振(zhen)動(dong)問題，要(yao)從設(she)計(ji)階段(duan)著手(shou)，應(ying)用(yong)振(zhen)動(dong)計(ji)算(suan)(suan)(suan)專用(yong)軟件進行分析計(ji)算(suan)(suan)(suan)，將管(guan)道振(zhen)動(dong)消滅在設(she)計(ji)階段(duan)。振(zhen)動(dong)計(ji)算(suan)(suan)(suan)包括：氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率與氣(qi)動(dong)傳(chuan)遞特性的計(ji)算(suan)(suan)(suan)；壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)不均(jun)勻度沿(yan)管(guan)分布及譜分析；管(guan)系結(jie)構固(gu)有頻(pin)率、振(zhen)型分析、振(zhen)幅及動(dong)應(ying)力(li)計(ji)算(suan)(suan)(suan)。
2. 管道振(zhen)動的(de)機理與對策
管(guan)道(dao)(dao)系統之(zhi)所以(yi)發(fa)(fa)生振動(dong)是(shi)因(yin)為管(guan)道(dao)(dao)系統上作(zuo)用(yong)有周期性的(de)激(ji)(ji)振力。此激(ji)(ji)振力通(tong)常源于管(guan)道(dao)(dao)內氣體(ti)壓力的(de)脈(mo)(mo)動(dong)（或稱(cheng)波(bo)動(dong)）。對于端點(dian)安裝往復(fu)式壓縮機的(de)管(guan)系，壓力脈(mo)(mo)動(dong)是(shi)無法避免的(de)，我們的(de)任務是(shi)將壓力脈(mo)(mo)動(dong)控(kong)制(zhi)在一(yi)定的(de)范圍(wei)內，不使其產生有害振動(dong)。壓力脈(mo)(mo)動(dong)在管(guan)道(dao)(dao)的(de)轉彎處或在截(jie)面發(fa)(fa)生變(bian)化處形(xing)成激(ji)(ji)振力。這些力在大小、方向以(yi)及相(xiang)位上各不相(xiang)同，作(zuo)用(yong)在管(guan)道(dao)(dao)的(de)彎頭和變(bian)截(jie)面（如(ru)異(yi)徑接頭、閥(fa)門、三(san)通(tong)等）處，激(ji)(ji)發(fa)(fa)管(guan)道(dao)(dao)作(zuo)受迫振動(dong)。
壓縮機管(guan)道系(xi)統(tong)內(nei)各(ge)點的(de)壓力脈(mo)動和振動取決于三(san)個因素。
①. 壓縮機的參(can)數：包(bao)括轉速、活塞沖(chong)程、連桿(gan)長(chang)度(du)、氣(qi)缸直(zhi)徑、流量、壓力、溫(wen)度(du)和(he)緩沖(chong)器的容積等。
②. 被壓縮的(de)介(jie)質的(de)物理參數：包(bao)括(kuo)分子量、絕熱指數、溫(wen)度和壓力等。
③. 系統的(de)幾(ji)何配置情況：包括(kuo)各管段的(de)長度、外(wai)徑、壁厚、走向(xiang)；分支管的(de)位置；閥(fa)門的(de)安裝位置及其重量；各輔助設備的(de)位置、外(wai)形尺寸(cun)；各支承的(de)設置位置和剛性等。
當上述三個因素(su)確定之后，系統內各點的壓力脈動(dong)和振(zhen)動(dong)情況也就(jiu)相(xiang)應確定下來，由此可(ke)見，只要掌握計(ji)算氣流壓力脈動(dong)及管道振(zhen)動(dong)規律，不難設計(ji)出使(shi)壓力脈動(dong)和振(zhen)動(dong)均控制在(zai)安全、經(jing)濟范(fan)圍(wei)內的優質(zhi)管道系統。
3. 振動分(fen)析所(suo)使用的控(kong)制(zhi)標準
往復式壓(ya)(ya)縮機(ji)管(guan)系的振(zhen)動(dong)分析應滿足：美國(guo)(guo)石油學會(hui)API618標準關于脈(mo)(mo)動(dong)控制要求(qiu)，保證壓(ya)(ya)縮機(ji)管(guan)系的氣流脈(mo)(mo)動(dong)不(bu)超(chao)過(guo)允許(xu)值；根(gen)據美國(guo)(guo)普(pu)渡壓(ya)(ya)縮機(ji)技(ji)術協會(hui)關于機(ji)械振(zhen)幅要求(qiu)，保證機(ji)械振(zhen)動(dong)全振(zhen)幅不(bu)超(chao)過(guo)允許(xu)值。
美國(guo)石油學會制(zhi)定的API618標(biao)準，從量上規定了對壓(ya)力脈動和振(zhen)動控制(zhi)的設計要求。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間時，壓力不均勻度(du)按下式計(ji)算：
②. 脈(mo)動頻率f按下式計算：
管道(dao)(dao)因振動而損壞的可能性(xing)主要取(qu)決(jue)(jue)于(yu)振幅和頻(pin)率，也就是取(qu)決(jue)(jue)于(yu)交變(bian)應(ying)(ying)(ying)力(li)的大小和循環次(ci)數。對溫度不(bu)超過370℃碳鋼(gang)和低合(he)金鋼(gang)管道(dao)(dao)，設計(ji)疲勞強度不(bu)應(ying)(ying)(ying)超過50MPa。由(you)壓力(li)脈(mo)動及其他荷載產生的綜合(he)一次(ci)應(ying)(ying)(ying)力(li)不(bu)應(ying)(ying)(ying)超過管道(dao)(dao)的熱態許用應(ying)(ying)(ying)力(li)。
③. 根據(ju)美(mei)國石油協會API618的規(gui)定，緩沖(chong)器容積按下式(shi)計算：
4. 管道壓力脈動(dong)的控制措施
由(you)于往(wang)復式(shi)壓縮機間歇性(xing)和(he)周(zhou)期性(xing)吸排氣，管道內(nei)流(liu)體必然呈脈動狀態。進行壓力(li)脈動分析不可能完全消除壓力(li)的脈動，而(er)是(shi)將其控制在允許的范(fan)圍內(nei)［參(can)見式(shi)（9-6）］。
壓力脈動(dong)的控(kong)制(zhi)措施(shi)如下。
①. 首先要(yao)進行氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)計算，使氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率（至少前三階）與活塞(sai)激(ji)發(fa)頻(pin)率錯(cuo)開(kai)，從(cong)而避(bi)開(kai)氣柱(zhu)(zhu)共(gong)振。影響氣柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率的(de)(de)(de)(de)因素除介質的(de)(de)(de)(de)組(zu)分(fen)外有(you)緩沖器的(de)(de)(de)(de)尺寸與位(wei)置、管徑的(de)(de)(de)(de)大小、管系的(de)(de)(de)(de)分(fen)支的(de)(de)(de)(de)多少與位(wei)置、各管段的(de)(de)(de)(de)長度(du)、孔(kong)板及其(qi)安裝(zhuang)位(wei)置、各管段的(de)(de)(de)(de)端點條件等(deng)。
②. 合(he)理設計(ji)緩(huan)(huan)沖(chong)器并(bing)安(an)裝在盡(jin)量靠近(jin)氣(qi)缸的位置。緩(huan)(huan)沖(chong)器是最(zui)簡單而有效的消振措施。它能使(shi)緩(huan)(huan)沖(chong)器后面的管道內的氣(qi)流(liu)變得緩(huan)(huan)和，其作(zuo)用與柔(rou)性分析中的補償器相似。
要達到理想的(de)(de)(de)減(jian)振效果，緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應(ying)有(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)容積［可(ke)參照式(shi)(shi)（9-8）確定］。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)有(you)(you)兩種形式(shi)(shi)：一種是(shi)簡(jian)單的(de)(de)(de)無內(nei)件的(de)(de)(de)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)，另(ling)一種是(shi)有(you)(you)內(nei)件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)。采用內(nei)件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)可(ke)以更有(you)(you)效地控制緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)后的(de)(de)(de)管道內(nei)的(de)(de)(de)壓(ya)力脈動，適當(dang)減(jian)少緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)(de)容積，但同時(shi)會增大(da)阻力降。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)(de)安裝(zhuang)應(ying)盡(jin)量靠近氣(qi)缸，對上進氣(qi)下排氣(qi)的(de)(de)(de)壓(ya)縮機，入(ru)口(kou)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應(ying)布(bu)置(zhi)在(zai)氣(qi)缸上方，并(bing)盡(jin)量靠近氣(qi)缸。出口(kou)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應(ying)布(bu)置(zhi)在(zai)氣(qi)缸的(de)(de)(de)正下方并(bing)盡(jin)量靠近氣(qi)缸。
③. 合(he)理的(de)(de)增設消(xiao)振(zhen)孔板。在容器(qi)的(de)(de)入(ru)口處加裝(zhuang)適當尺寸的(de)(de)孔板，可(ke)以(yi)將(jiang)該(gai)管段內(nei)的(de)(de)壓(ya)力(li)駐(zhu)波(bo)變成行波(bo)，使管道尾端不再具有反射條件，從而(er)降(jiang)低了(le)壓(ya)力(li)不均勻(yun)度，達到(dao)減輕管道振(zhen)動(dong)的(de)(de)目的(de)(de)。加裝(zhuang)消(xiao)振(zhen)孔板同(tong)時又產生局部(bu)阻力(li)損失，所(suo)以(yi)壓(ya)縮機制(zhi)造(zao)廠(chang)在確定緩(huan)沖器(qi)容積(ji)(ji)時一般不應考(kao)慮(lv)加裝(zhuang)孔板，但當緩(huan)沖器(qi)容積(ji)(ji)過(guo)大無(wu)法制(zhi)造(zao)安(an)裝(zhuang)時，也可(ke)考(kao)慮(lv)加裝(zhuang)孔板，同(tong)時需(xu)對孔板的(de)(de)局部(bu)阻力(li)損失進(jin)行核算。
消振孔(kong)板(ban)(ban)的(de)孔(kong)徑(jing)比要(yao)經壓(ya)力脈動計算確定，一般(ban)孔(kong)徑(jing)比為(wei)0.43～0.5，孔(kong)板(ban)(ban)厚(hou)度為(wei)3～5mm，孔(kong)板(ban)(ban)內徑(jing)邊緣處(chu)必須(xu)保留銳利(li)棱角，不得倒角，否則效果要(yao)降低。孔(kong)板(ban)(ban)太厚(hou)會增大局部阻力損(sun)失，并產生噪聲。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)材料與(yu)管(guan)道相同。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)形(xing)式與(yu)法蘭的(de)密封面(mian)相適應。消振孔(kong)板(ban)(ban)通常安裝在(zai)緩沖器(qi)的(de)進出口(kou)管(guan)口(kou)處(chu)。
④. 設置集管(guan)(guan)器(qi)。并機(ji)運行(xing)的(de)(de)管(guan)(guan)道在(zai)匯合(he)處脈動量(liang)會相(xiang)互(hu)疊加(jia)，疊加(jia)的(de)(de)結果，有(you)時相(xiang)互(hu)抵消，有(you)時相(xiang)互(hu)加(jia)強，這就要看投(tou)入運行(xing)的(de)(de)壓縮機(ji)的(de)(de)曲柄錯角，如(ru)果相(xiang)位一致則(ze)加(jia)強，相(xiang)位相(xiang)反則(ze)減(jian)弱。為避免在(zai)多機(ji)匯合(he)處產生過大脈動值，在(zai)匯合(he)處設置集管(guan)(guan)器(qi)，其尺寸太小不影響(xiang)緩沖作用。集管(guan)(guan)器(qi)的(de)(de)設計原則(ze)是(shi)：集管(guan)(guan)器(qi)的(de)(de)通流面積(ji)，應大于所有(you)進(jin)氣管(guan)(guan)通流面積(ji)總和的(de)(de)3倍。
⑤. 控制管(guan)系各管(guan)段的壓力脈(mo)動值(zhi)，使其(qi)不超過式（9-6）的計算值(zhi)。當(dang)主管(guan)道上的壓力不均勻(yun)度超標時，首先核算緩(huan)(huan)沖(chong)器(qi)(qi)容積，緩(huan)(huan)沖(chong)器(qi)(qi)容積不夠時，加(jia)大緩(huan)(huan)沖(chong)器(qi)(qi)容積，如(ru)果緩(huan)(huan)沖(chong)器(qi)(qi)已制造(zao)完畢或(huo)緩(huan)(huan)沖(chong)器(qi)(qi)太大難以制造(zao)時，采取(qu)加(jia)裝(zhuang)消振(zhen)孔板方(fang)法。當(dang)分支(zhi)(zhi)管(guan)（如(ru)跨線、放空線等）脈(mo)動值(zhi)超標時，可(ke)適(shi)當(dang)加(jia)大該(gai)(gai)管(guan)管(guan)徑或(huo)在(zai)該(gai)(gai)分支(zhi)(zhi)的適(shi)當(dang)位置(zhi)加(jia)裝(zhuang)孔板。如(ru)果該(gai)(gai)分支(zhi)(zhi)的末端(duan)為盲板或(huo)關閉的閥門，應考慮改變該(gai)(gai)管(guan)段的長度。
在整個管系脈動值(zhi)都控制在允(yun)許(xu)的范圍內后，再進行管系結構振動的計算，將機械(xie)振動的振幅和動應力控制在允(yun)許(xu)的范圍內。
5. 管道(dao)振動的(de)控制措施
①. 進行管(guan)系的機(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)計算，使(shi)機(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)（至(zhi)少前三階）與活塞激發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)錯(cuo)(cuo)開(kai)并(bing)與氣柱(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)（至(zhi)少前三階）錯(cuo)(cuo)開(kai)。通常對于(yu)中(zhong)、低壓(ya)(ya)管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)不(bu)低于(yu)24Hz；對高壓(ya)(ya)管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)不(bu)低于(yu)28Hz。
②. 在管道柔性分(fen)析(xi)滿足(zu)的(de)前(qian)提下，應盡量(liang)減少(shao)轉(zhuan)(zhuan)彎(wan)，因為(wei)過多的(de)轉(zhuan)(zhuan)彎(wan)會(hui)減小管系的(de)剛度，使管系的(de)機械固有頻率降低(di)，并(bing)且在彎(wan)頭處產生激(ji)振(zhen)力，從而發生振(zhen)動(dong)。
③. 支架應采取防振管(guan)卡(ka)，而不能只為(wei)(wei)承重(zhong)(zhong)或(huo)止(zhi)推。因(yin)為(wei)(wei)防振管(guan)卡(ka)可以(yi)約(yue)束X、Y、Z三個(ge)方向的線(xian)位移，對直徑較小(xiao)的管(guan)子甚至可以(yi)約(yue)束RX、RY、RZ三個(ge)角位移，而承重(zhong)(zhong)或(huo)止(zhi)推架卻只能約(yue)束一個(ge)方向的線(xian)位移。為(wei)(wei)保(bao)證管(guan)道(dao)與(yu)管(guan)卡(ka)充分接觸，在管(guan)卡(ka)與(yu)管(guan)道(dao)之間墊石棉橡(xiang)膠板。
④. 支架的間距應滿足最小頻率的要求。
⑤. 管道應盡量沿地面敷設，便于設置(zhi)支(zhi)架，管道過高則支(zhi)架難以生根，同(tong)時支(zhi)架的剛度很難保(bao)證。支(zhi)架的剛度可參照表9-15。
對于較高(gao)的(de)支架宜(yi)采用(yong)框架結構，單根立(li)柱(zhu)剛度較小。
⑥. 為防(fang)止機組(zu)的轉動(dong)不平衡(heng)力引(yin)起管系振動(dong)，進(jin)出口緩沖(chong)器要有牢固(gu)的支承，靠(kao)近壓縮機的管段的支架(jia)應重(zhong)點考慮。
⑦. 在閥(fa)門等集中質量(liang)處(chu)應加支架(jia)，因(yin)為集中質量(liang)處(chu)振動頻率(lv)低。
6. 氣體的壓力(li)脈(mo)動
往(wang)復壓(ya)(ya)縮(suo)機的(de)活塞在氣缸中進行周期性(xing)往(wang)復運動(dong)(dong)，引起吸排(pai)氣呈間歇(xie)性(xing)和周期性(xing)，管(guan)內氣體(ti)壓(ya)(ya)力(li)不但隨位(wei)置變(bian)化，而且隨時間作周期性(xing)變(bian)化，這種現象稱為氣體(ti)壓(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)。壓(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)的(de)大小通常(chang)用(yong)壓(ya)(ya)力(li)不均(jun)勻度(du)來衡量。壓(ya)(ya)力(li)不均(jun)勻度(du)的(de)表達(da)式如下(xia)：
