往复式压缩机管道防振的探讨

1、往复式压缩机管道防振的探讨 往复式压缩机管道防振的探讨 摘 要：往复式压缩机管道的振动是管道设计和实际运行中经常遇到的问题,合理的管道布置、支架设置是往复式压缩机管道设计的关键,它能使管系固有频率避开共振。本文就往复式压缩机管道设计及管道的消振问题进行探讨。 关键词：往复式压缩机 管道设计 振动分析 往复式压缩机是化工设备中常用的动设备,防止往复式压缩机管道的振动问题是管道设计的重点。通过合理的管道布置、支架设置,能使管系固有频率避开共振频率,以确保压缩机长周期正常运转。 一、往复式压缩机管道振动的原因 往复式压缩机管道振动的原因往复式压缩机的工作特点是活塞在气缸中进行周期性的往复运动,压缩机

2、在吸、排气过程中呈间歇性状态,这使得接管内气流的压力和速度产生周期性的变化。管内气体参数,如压力、速度、密度等不但随位置变化,而且随时间作周期性变化,这种现象称为气流脉动。脉动气体遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等元件后将产生随时间变化的激振力,受此激振力的影响,管道产生振动。引起管道发生剧烈振动的主要原因有两个:一是气体压力脉动过大,导致激振力过大;另一原因是管道发生机械共振。可能造成气体压力脉动过大的因素是,机器本身设计不合理、缓冲罐过小、机组的动平衡性能差、安装不合理、根底及支承不当和管内气柱发生共振。 二、控制脉动和振动的分析设计方法 1.压力脉动 往复式压缩机管道的振动，除少数是由机器

3、振动引起的外，绝大多数都是由管内流体的压力脉动引起的。此类振动也是管道应力分析中最常见的振动，是典型的周期性激振作用下的强迫振动，其激振力是管内流体的脉动压力。 由于往复压缩机管道气体压力脉动和振动的大小与机器本身的设计、缓冲罐的大小等因素直接相关，因此，根据AP1618的规定，往复压缩机管道的振动控制应主要由压缩机制造厂负责。 气体压力脉动和管道振动的分析设计方法有三种： 方法一：使用专利或根据经验分析方法设计的脉动抑制装置来控制脉动,以满足正常操作条件下脉动抑制装置与管道连接处的脉动控制要求;分析管道系统,确定可能导致声学共振的临界管长。 方法二：使用脉动抑制装置和经过声学模拟技术来控制脉

4、动，同时根据跨距和支撑情况对管道各跨进行力学分析，以控制振动响应。这种方法在进行声学模拟时，要考虑压缩机、脉动抑制装置和管道系统之间的声学相互作用，以及压力脉动对压缩机性能的影响。该方法要求计算压力脉动，并使其满足要求。在配管时，应满足热柔性设计。 方法三：与方法二相同，但要对压缩机气缸和组件，以及相连的管道系统进行力学分析。分析时应考虑声学和力学系统的相互作用。力学分析时要进行固有频率和振型分析，并计算动应力。对压缩机气阀和气体通道之间的声学相互作用进行研究，对其性能进行验证。 2.对循环应力峰-峰值的限制 管道振动所造成的是疲劳破坏,振幅的大小与疲劳损伤没有直接的关系,直接对疲劳破坏产生影

5、响的是循环应力值。API618规定,考虑应力集中因素情况下,管道振动所产生的循环应力峰-峰值不得超过材料的疲劳持久极限。对于操作温度低于371e的碳钢管道,疲劳持久极限为17912MPa。 三、往复式压缩机管道的防振设计 根据上述原因，要减少管道的振动，必须减少管道内气体压力脉动和防止管道发生机械共振，建议方法如下： 1.选择合理的气缸作用方式 气流脉动是由于气缸的周期性激发所致，不同的气缸作用方式将产生不同的气流脉动情况。因此，选择合理的气缸作用方式，可从根本上降低进出口管道的气流脉动。 2.管系重要区段的设计 管系重要区段是指压缩机或泵的进出口到缓冲罐的连接管段。 2.1重要区段的长度应避

6、开共振管长。 2.2在满足1的条件下，尽可能缩短重要区段的管长，管长愈短，消振效果愈显著。最好是气缸进出口法兰直接与缓冲罐连接。 2.3在无法改变重要区段的管长时，也可采用扩径的方法。一般取气缸接头管的1.5倍。 2.4尽可能减少重要区段的弯头，最好不设弯头。 2.5管道布置时，应尽量沿地面敷设，防振支架宜设独立根底。 2.6往复压缩机的支架应采用防振管卡或固定支架，不能用简单支托和吊架。防振管卡应尽量采用扁钢，不用圆钢，并且在管卡和管道之间应衬以石棉橡胶垫。 3.缓冲罐【3】 在压缩机气缸附近设置缓冲罐是最简单而有效的消振措施。缓冲罐能使后续管道的气流脉动得以缓和,降低吸排气期间因气流脉动所

7、造成的功率损耗,以及降低管道内的阻力损失。使用缓冲罐时要满足两个条件: 3.1缓冲罐容积要足够大 3.2缓冲罐位置要尽量靠近气缸 4.采用脉动抑制孔板【3】 在管线的适当位置增设孔板，以改变管系的振动频率。 5.设置集管器 并机运行的管道在集合处脉冲动量相互叠加，其结果有时相互抵消，有时相互加强，为防止在多机集合处产生过大的脉动值，在集合处设置集管器，集管器的流通面积应大于气管流通面积的3倍。 四、结语 往复式压缩机管道的防振是一个十分重要的问题,涉及设计、施工等方面，从管道设计角度,管道的布置应力求简洁，尽量减少不必要的弯头、大小头等易产生激振力的管件，管道敷设应尽可能低,将支架设置在地面上,并且是独立根底。尽量使支架的根底与压缩机根底保持一定距离，以防止相互干扰。 为了满足中国经济增长对能源的需求，扩大能源供给能力，往复式压缩机的应用必将是广泛的，对于往复式压缩机管道压力脉动和管道振动控制的研究依然具有特别重要的意义。 参考文献 【1】张德