1. 往(wang)復式壓縮機(ji)管系的特點
往復式壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)(de)(de)工作特點是吸、排氣(qi)(qi)流(liu)呈間歇(xie)性(xing)和(he)周(zhou)期性(xing)，因此不(bu)可(ke)避免的(de)(de)(de)(de)要(yao)激發(fa)(fa)進(jin)、出口管(guan)(guan)道內的(de)(de)(de)(de)流(liu)體呈脈(mo)(mo)動(dong)狀態，使管(guan)(guan)內流(liu)體參數（如壓(ya)力(li)(li)(li)、速度、密度等）隨位置及時(shi)(shi)間作周(zhou)期性(xing)變(bian)化(hua)。這種現象(xiang)稱(cheng)為氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)流(liu)體沿管(guan)(guan)道輸送時(shi)(shi)，遇到彎頭、異徑管(guan)(guan)、分支管(guan)(guan)、閥門、盲板等元件(jian)將(jiang)產生隨時(shi)(shi)間變(bian)化(hua)的(de)(de)(de)(de)激振(zhen)力(li)(li)(li)，受(shou)該激振(zhen)力(li)(li)(li)作用(yong)，管(guan)(guan)系便(bian)產生一定的(de)(de)(de)(de)機械振(zhen)動(dong)響應(ying)。壓(ya)力(li)(li)(li)脈(mo)(mo)動(dong)越大，管(guan)(guan)道振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)幅和(he)動(dong)應(ying)力(li)(li)(li)越大。強烈(lie)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)動(dong)氣(qi)(qi)流(liu)會嚴重地影響氣(qi)(qi)閥的(de)(de)(de)(de)正常開閉，減小工作效率，此外(wai)，還(huan)會引起管(guan)(guan)系的(de)(de)(de)(de)機械振(zhen)動(dong)，造成管(guan)(guan)件(jian)疲勞破(po)壞，發(fa)(fa)生泄(xie)漏，甚至造成火災爆炸(zha)等重大事故。因此降低(di)氣(qi)(qi)流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)是往復式壓(ya)縮(suo)機配管(guan)(guan)設計的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)任務之(zhi)一。
管道(dao)振動的(de)第二個原因(yin)是共(gong)(gong)振。管道(dao)內(nei)氣(qi)體構(gou)(gou)成(cheng)一個系統，稱(cheng)(cheng)為(wei)氣(qi)柱(zhu)(zhu)。氣(qi)柱(zhu)(zhu)本(ben)身具(ju)有的(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。活(huo)塞往復(fu)運動的(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。管道(dao)及其組成(cheng)件組成(cheng)一個系統，該系統結構(gou)(gou)本(ben)身具(ju)有的(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)管系機(ji)械(xie)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。在工程上常(chang)把（0.8～1.2）f的(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)范圍作為(wei)共(gong)(gong)振區(qu)。當氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)落在激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振區(qu)內(nei)時，發(fa)生(sheng)氣(qi)柱(zhu)(zhu)共(gong)(gong)振，產生(sheng)較大壓力脈動。管系機(ji)械(xie)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)落在激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振區(qu)或氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振區(qu)時，發(fa)生(sheng)結構(gou)(gou)共(gong)(gong)振。因(yin)此配管設計必須避免發(fa)生(sheng)氣(qi)柱(zhu)(zhu)及結構(gou)(gou)的(de)共(gong)(gong)振，即(ji)調整氣(qi)柱(zhu)(zhu)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)和(he)管系機(ji)械(xie)固有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)。
管道振動第三個原因(yin)是由機(ji)組本(ben)身的振動引起(qi)。機(ji)組本(ben)身的動平衡性能差、安裝不對中(zhong)、基礎及支承(cheng)設計不當均會引起(qi)機(ji)組振動，帶動管系振動。
解決往復(fu)式壓(ya)(ya)縮機管(guan)系的(de)氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)與(yu)管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)問(wen)題，要從設計(ji)(ji)階段著手，應用(yong)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算(suan)專用(yong)軟件進行分(fen)析計(ji)(ji)算(suan)，將管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)消滅(mie)在設計(ji)(ji)階段。振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算(suan)包括(kuo)：氣(qi)柱固(gu)有頻率(lv)與(yu)氣(qi)動(dong)(dong)傳遞(di)特性的(de)計(ji)(ji)算(suan)；壓(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)不均勻度沿管(guan)分(fen)布及譜分(fen)析；管(guan)系結構固(gu)有頻率(lv)、振(zhen)(zhen)型(xing)分(fen)析、振(zhen)(zhen)幅(fu)及動(dong)(dong)應力(li)計(ji)(ji)算(suan)。
2. 管道(dao)振動的機理與(yu)對策
管(guan)(guan)道系統之所以(yi)發(fa)生(sheng)振(zhen)(zhen)動是因為管(guan)(guan)道系統上作用有周(zhou)期性的(de)激(ji)振(zhen)(zhen)力(li)(li)。此激(ji)振(zhen)(zhen)力(li)(li)通(tong)常源于管(guan)(guan)道內氣(qi)體壓力(li)(li)的(de)脈(mo)(mo)動（或(huo)稱波動）。對(dui)于端點安(an)裝往(wang)復(fu)式壓縮機的(de)管(guan)(guan)系，壓力(li)(li)脈(mo)(mo)動是無法(fa)避免的(de)，我(wo)們的(de)任務(wu)是將壓力(li)(li)脈(mo)(mo)動控制在一定的(de)范圍內，不使其產生(sheng)有害振(zhen)(zhen)動。壓力(li)(li)脈(mo)(mo)動在管(guan)(guan)道的(de)轉彎(wan)處或(huo)在截面(mian)發(fa)生(sheng)變(bian)(bian)化處形成激(ji)振(zhen)(zhen)力(li)(li)。這些力(li)(li)在大小、方向以(yi)及相位上各不相同，作用在管(guan)(guan)道的(de)彎(wan)頭和變(bian)(bian)截面(mian)（如異徑接頭、閥(fa)門、三通(tong)等）處，激(ji)發(fa)管(guan)(guan)道作受迫(po)振(zhen)(zhen)動。
壓(ya)縮(suo)機管道系統內各(ge)點的壓(ya)力脈(mo)動和振動取(qu)決于三個因(yin)素。
①. 壓(ya)縮機的參數：包括轉速、活塞沖(chong)程、連桿長度、氣缸直徑、流量、壓(ya)力、溫度和緩沖(chong)器(qi)的容積等。
②. 被壓縮(suo)的(de)介質(zhi)的(de)物理(li)參(can)數：包括(kuo)分子(zi)量、絕熱指(zhi)數、溫度(du)和壓力等。
③. 系統的幾何配置(zhi)情(qing)況(kuang)：包(bao)括各管段(duan)的長(chang)度、外徑、壁(bi)厚、走(zou)向；分支管的位(wei)置(zhi)；閥門的安(an)裝位(wei)置(zhi)及其重量；各輔(fu)助設備的位(wei)置(zhi)、外形尺寸；各支承的設置(zhi)位(wei)置(zhi)和(he)剛性等。
當上述三個因素確(que)定之后，系統內(nei)各點(dian)的壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)和振(zhen)動(dong)情況也就(jiu)相應確(que)定下來，由此可見(jian)，只要掌握計算氣流壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)及管道振(zhen)動(dong)規律，不(bu)難(nan)設計出使壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)和振(zhen)動(dong)均控制在安全、經濟(ji)范圍內(nei)的優質(zhi)管道系統。
3. 振動分析所(suo)使用的控制(zhi)標準
往復式壓(ya)縮(suo)機(ji)管系的(de)(de)振(zhen)動分析應(ying)滿足：美國石油學會API618標(biao)準關于脈動控制要(yao)求，保(bao)證壓(ya)縮(suo)機(ji)管系的(de)(de)氣(qi)流脈動不超(chao)過允許(xu)值；根據(ju)美國普渡(du)壓(ya)縮(suo)機(ji)技術協會關于機(ji)械振(zhen)幅要(yao)求，保(bao)證機(ji)械振(zhen)動全振(zhen)幅不超(chao)過允許(xu)值。
美國石油(you)學會制定(ding)的API618標準，從(cong)量上規定(ding)了對壓力(li)脈動和振動控制的設計(ji)要求。
①. 當壓(ya)力在0.35～20.7MPa之間時，壓(ya)力不(bu)均勻(yun)度按下(xia)式計算：
②. 脈動頻(pin)率(lv)f按下式(shi)計算：
管道(dao)因振(zhen)動(dong)而損(sun)壞的(de)(de)可能(neng)性主要取決(jue)于振(zhen)幅和頻率，也就是取決(jue)于交變應(ying)力的(de)(de)大小和循環(huan)次數。對(dui)溫度不(bu)超(chao)過(guo)370℃碳鋼和低合(he)金鋼管道(dao)，設計(ji)疲(pi)勞強度不(bu)應(ying)超(chao)過(guo)50MPa。由壓力脈動(dong)及其他荷載產生(sheng)的(de)(de)綜合(he)一(yi)次應(ying)力不(bu)應(ying)超(chao)過(guo)管道(dao)的(de)(de)熱(re)態許(xu)用(yong)應(ying)力。
③. 根據(ju)美(mei)國石(shi)油協會(hui)API618的(de)規定(ding)，緩(huan)沖器容(rong)積按下(xia)式計算：
4. 管道壓力脈動(dong)的控制(zhi)措施
由于(yu)往復(fu)式(shi)壓(ya)縮(suo)機間歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)吸(xi)排氣，管(guan)道內(nei)流體必(bi)然呈脈動狀態。進行壓(ya)力脈動分析不可能(neng)完(wan)全消(xiao)除壓(ya)力的(de)脈動，而(er)是(shi)將其控制在允許的(de)范圍內(nei)［參見式(shi)（9-6）］。
壓(ya)力脈動的控制(zhi)措施如下。
①. 首先要進行氣(qi)柱固(gu)有頻率的(de)(de)(de)計算，使氣(qi)柱固(gu)有頻率（至少前三(san)階）與活塞激(ji)發頻率錯開，從而(er)避開氣(qi)柱共振(zhen)。影(ying)響氣(qi)柱固(gu)有頻率的(de)(de)(de)因素除介質的(de)(de)(de)組(zu)分(fen)外有緩沖(chong)器的(de)(de)(de)尺寸與位置、管徑的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)、管系(xi)的(de)(de)(de)分(fen)支(zhi)的(de)(de)(de)多少與位置、各(ge)管段(duan)的(de)(de)(de)長度、孔板及(ji)其安(an)裝位置、各(ge)管段(duan)的(de)(de)(de)端點(dian)條(tiao)件(jian)等。
②. 合(he)理設計(ji)緩沖器(qi)并安裝在盡量靠近氣(qi)缸(gang)的(de)(de)位置(zhi)。緩沖器(qi)是(shi)最簡單而有效的(de)(de)消(xiao)振措施。它能使緩沖器(qi)后面的(de)(de)管道(dao)內的(de)(de)氣(qi)流變得緩和(he)，其(qi)作用與柔性(xing)分析中的(de)(de)補償器(qi)相似。
要達到理想的(de)(de)(de)(de)(de)減(jian)振效果，緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)有(you)足(zu)夠的(de)(de)(de)(de)(de)容積(ji)［可參(can)照(zhao)式(shi)（9-8）確定］。緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)有(you)兩種形式(shi)：一種是(shi)簡單的(de)(de)(de)(de)(de)無內(nei)件(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)，另一種是(shi)有(you)內(nei)件(jian)濾(lv)波型緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)。采用內(nei)件(jian)濾(lv)波型緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)可以(yi)更(geng)有(you)效地控制緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)后的(de)(de)(de)(de)(de)管道(dao)內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)力(li)(li)脈動(dong)，適當(dang)減(jian)少(shao)緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)容積(ji)，但同時會增(zeng)大阻力(li)(li)降。緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)安(an)裝(zhuang)應(ying)(ying)(ying)盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)，對(dui)上進(jin)氣下排氣的(de)(de)(de)(de)(de)壓(ya)縮機，入(ru)口緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)布(bu)置在氣缸(gang)(gang)上方，并(bing)盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)。出口緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)應(ying)(ying)(ying)布(bu)置在氣缸(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)正下方并(bing)盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)。
③. 合理的(de)增(zeng)設消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板。在(zai)容(rong)器(qi)的(de)入口處加裝(zhuang)適當(dang)尺寸的(de)孔(kong)(kong)(kong)板，可以將該管段內的(de)壓(ya)(ya)力(li)駐波變(bian)成(cheng)行波，使(shi)管道尾(wei)端(duan)不再具有反射條件，從而降低了壓(ya)(ya)力(li)不均勻度，達到(dao)減輕管道振(zhen)動的(de)目的(de)。加裝(zhuang)消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板同時(shi)又產生(sheng)局部阻(zu)力(li)損(sun)失，所以壓(ya)(ya)縮(suo)機制造(zao)廠(chang)在(zai)確定緩(huan)沖器(qi)容(rong)積(ji)時(shi)一般不應考慮加裝(zhuang)孔(kong)(kong)(kong)板，但當(dang)緩(huan)沖器(qi)容(rong)積(ji)過(guo)大(da)無法(fa)制造(zao)安(an)裝(zhuang)時(shi)，也可考慮加裝(zhuang)孔(kong)(kong)(kong)板，同時(shi)需對(dui)孔(kong)(kong)(kong)板的(de)局部阻(zu)力(li)損(sun)失進行核算。
消(xiao)振(zhen)孔(kong)板(ban)(ban)的(de)孔(kong)徑(jing)比要(yao)經壓(ya)力脈動計算確(que)定，一般孔(kong)徑(jing)比為0.43～0.5，孔(kong)板(ban)(ban)厚度為3～5mm，孔(kong)板(ban)(ban)內徑(jing)邊緣處必須保留銳利棱(leng)角(jiao)，不(bu)得倒(dao)角(jiao)，否(fou)則(ze)效果要(yao)降低(di)。孔(kong)板(ban)(ban)太厚會增大局部阻力損失，并產生(sheng)噪聲(sheng)。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)材料(liao)與管(guan)道相同。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)形(xing)式(shi)與法蘭的(de)密(mi)封面相適應。消(xiao)振(zhen)孔(kong)板(ban)(ban)通(tong)常安(an)裝(zhuang)在緩沖(chong)器(qi)的(de)進出口(kou)管(guan)口(kou)處。
④. 設(she)置(zhi)集管(guan)器(qi)。并機(ji)運(yun)行的管(guan)道在(zai)(zai)匯(hui)合處(chu)脈動量會相(xiang)互(hu)疊(die)加(jia)，疊(die)加(jia)的結果，有時(shi)相(xiang)互(hu)抵消，有時(shi)相(xiang)互(hu)加(jia)強(qiang)，這(zhe)就要看投(tou)入運(yun)行的壓縮機(ji)的曲柄錯角，如(ru)果相(xiang)位一致(zhi)則加(jia)強(qiang)，相(xiang)位相(xiang)反則減弱。為避免(mian)在(zai)(zai)多(duo)機(ji)匯(hui)合處(chu)產生過(guo)大脈動值，在(zai)(zai)匯(hui)合處(chu)設(she)置(zhi)集管(guan)器(qi)，其尺寸太小(xiao)不影響緩沖作用。集管(guan)器(qi)的設(she)計(ji)原則是：集管(guan)器(qi)的通流(liu)面(mian)積(ji)，應大于所有進(jin)氣(qi)管(guan)通流(liu)面(mian)積(ji)總和的3倍(bei)。
⑤. 控(kong)制(zhi)(zhi)管系各管段的(de)(de)(de)壓(ya)力脈動值(zhi)(zhi)，使其不超過(guo)式（9-6）的(de)(de)(de)計算(suan)值(zhi)(zhi)。當(dang)主管道上(shang)的(de)(de)(de)壓(ya)力不均勻(yun)度(du)超標(biao)時，首先核(he)算(suan)緩沖(chong)器(qi)容(rong)積，緩沖(chong)器(qi)容(rong)積不夠時，加(jia)大(da)緩沖(chong)器(qi)容(rong)積，如(ru)果緩沖(chong)器(qi)已(yi)制(zhi)(zhi)造(zao)完(wan)畢或(huo)緩沖(chong)器(qi)太大(da)難以制(zhi)(zhi)造(zao)時，采取加(jia)裝消(xiao)振孔板方法(fa)。當(dang)分(fen)支管（如(ru)跨線、放空線等）脈動值(zhi)(zhi)超標(biao)時，可適當(dang)加(jia)大(da)該管管徑或(huo)在該分(fen)支的(de)(de)(de)適當(dang)位(wei)置加(jia)裝孔板。如(ru)果該分(fen)支的(de)(de)(de)末端為盲板或(huo)關(guan)閉的(de)(de)(de)閥門，應考慮改變該管段的(de)(de)(de)長度(du)。
在(zai)整(zheng)個管(guan)(guan)系脈動(dong)值都控(kong)制(zhi)在(zai)允(yun)許的(de)范(fan)圍內后，再進(jin)行管(guan)(guan)系結構振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)計(ji)算，將機械振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)振(zhen)(zhen)幅和動(dong)應(ying)力控(kong)制(zhi)在(zai)允(yun)許的(de)范(fan)圍內。
5. 管道振(zhen)動(dong)的(de)控制措施
①. 進行管(guan)系的(de)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率計算，使機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率（至(zhi)少(shao)前三階）與活塞激(ji)發(fa)頻(pin)率錯(cuo)開(kai)(kai)并與氣(qi)柱固有(you)(you)(you)頻(pin)率（至(zhi)少(shao)前三階）錯(cuo)開(kai)(kai)。通常(chang)對(dui)于(yu)中、低(di)壓(ya)管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率不低(di)于(yu)24Hz；對(dui)高(gao)壓(ya)管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)(you)頻(pin)率不低(di)于(yu)28Hz。
②. 在(zai)管道柔性(xing)分析滿足的(de)(de)前提下(xia)，應盡(jin)量減少(shao)轉彎，因(yin)為過多的(de)(de)轉彎會減小管系(xi)的(de)(de)剛度，使管系(xi)的(de)(de)機械固有頻率降低，并且在(zai)彎頭處產生激振(zhen)(zhen)力(li)，從(cong)而發生振(zhen)(zhen)動。
③. 支架應(ying)采(cai)取防振管(guan)卡(ka)，而不能只為承重(zhong)或止推。因為防振管(guan)卡(ka)可以約(yue)束X、Y、Z三個(ge)方向的(de)(de)線(xian)位移(yi)，對直徑較(jiao)小的(de)(de)管(guan)子甚至可以約(yue)束RX、RY、RZ三個(ge)角位移(yi)，而承重(zhong)或止推架卻(que)只能約(yue)束一(yi)個(ge)方向的(de)(de)線(xian)位移(yi)。為保證管(guan)道(dao)與(yu)管(guan)卡(ka)充分(fen)接觸(chu)，在管(guan)卡(ka)與(yu)管(guan)道(dao)之(zhi)間墊石棉橡(xiang)膠板。
④. 支架的間(jian)距應滿足最小(xiao)頻(pin)率的要求。
⑤. 管道應盡(jin)量(liang)沿(yan)地面敷設(she)，便于設(she)置支(zhi)架(jia)，管道過高則支(zhi)架(jia)難(nan)以生根，同時支(zhi)架(jia)的剛度很難(nan)保(bao)證(zheng)。支(zhi)架(jia)的剛度可(ke)參照表9-15。
對于較高的支(zhi)架(jia)宜(yi)采用框(kuang)架(jia)結構，單根立柱剛度較小。
⑥. 為防止機(ji)組的(de)(de)轉(zhuan)動不(bu)平衡(heng)力引起(qi)管系振動，進出口緩沖(chong)器要有牢固的(de)(de)支(zhi)承(cheng)，靠近壓縮機(ji)的(de)(de)管段的(de)(de)支(zhi)架應重點(dian)考慮。
⑦. 在閥(fa)門等集中質(zhi)量(liang)(liang)處應加支架(jia)，因為集中質(zhi)量(liang)(liang)處振動頻率(lv)低(di)。
6. 氣體的壓力(li)脈動
往復壓(ya)縮機的活塞(sai)在氣(qi)缸(gang)中進行(xing)周(zhou)(zhou)期(qi)性往復運動(dong)，引起吸排氣(qi)呈間歇性和周(zhou)(zhou)期(qi)性，管內氣(qi)體壓(ya)力(li)不(bu)但(dan)隨位置變化(hua)，而且隨時間作(zuo)周(zhou)(zhou)期(qi)性變化(hua)，這(zhe)種現象(xiang)稱為氣(qi)體壓(ya)力(li)脈動(dong)。壓(ya)力(li)脈動(dong)的大小通常(chang)用壓(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度(du)來(lai)衡量。壓(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度(du)的表達式如下：
