1. 往復(fu)式壓縮機管系的特點(dian)
往(wang)復式壓縮機的(de)(de)工(gong)作特點(dian)是(shi)吸、排氣(qi)流(liu)呈(cheng)間(jian)歇性(xing)和(he)周期(qi)性(xing)，因此(ci)不可避免的(de)(de)要(yao)激(ji)發(fa)進、出(chu)口管道內的(de)(de)流(liu)體呈(cheng)脈動(dong)(dong)狀態，使管內流(liu)體參數（如(ru)壓力(li)、速(su)度、密度等(deng)）隨位置及時(shi)間(jian)作周期(qi)性(xing)變化。這種現(xian)象(xiang)稱為氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)。脈動(dong)(dong)流(liu)體沿(yan)管道輸(shu)送時(shi)，遇到彎頭、異徑管、分支管、閥(fa)(fa)門、盲板(ban)等(deng)元件(jian)將產(chan)生(sheng)隨時(shi)間(jian)變化的(de)(de)激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)力(li)，受該激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)力(li)作用，管系(xi)便產(chan)生(sheng)一(yi)定的(de)(de)機械(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)響應。壓力(li)脈動(dong)(dong)越(yue)大(da)，管道振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)振(zhen)(zhen)(zhen)幅和(he)動(dong)(dong)應力(li)越(yue)大(da)。強烈的(de)(de)脈動(dong)(dong)氣(qi)流(liu)會(hui)嚴重地影響氣(qi)閥(fa)(fa)的(de)(de)正常開閉，減小(xiao)工(gong)作效率(lv)，此(ci)外，還會(hui)引起(qi)管系(xi)的(de)(de)機械(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，造(zao)成管件(jian)疲勞(lao)破壞，發(fa)生(sheng)泄(xie)漏，甚至造(zao)成火災(zai)爆炸等(deng)重大(da)事故(gu)。因此(ci)降(jiang)低氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)是(shi)往(wang)復式壓縮機配管設計的(de)(de)主要(yao)任務之一(yi)。
管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)第(di)二個(ge)原因是(shi)共(gong)振(zhen)(zhen)。管(guan)道內氣(qi)體構(gou)成一個(ge)系(xi)(xi)統，稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)柱。氣(qi)柱本身具有(you)(you)(you)(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往(wang)復運動(dong)(dong)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)道及(ji)其組(zu)成件組(zu)成一個(ge)系(xi)(xi)統，該(gai)系(xi)(xi)統結構(gou)本身具有(you)(you)(you)(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)管(guan)系(xi)(xi)機械固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。在(zai)(zai)工程上常把（0.8～1.2）f的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范圍作(zuo)為(wei)(wei)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)(qu)(qu)。當氣(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在(zai)(zai)激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)(qu)(qu)內時，發(fa)生氣(qi)柱共(gong)振(zhen)(zhen)，產生較大壓(ya)力脈動(dong)(dong)。管(guan)系(xi)(xi)機械固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在(zai)(zai)激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)(qu)(qu)或氣(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)(qu)(qu)時，發(fa)生結構(gou)共(gong)振(zhen)(zhen)。因此配(pei)管(guan)設計必須避免發(fa)生氣(qi)柱及(ji)結構(gou)的(de)(de)共(gong)振(zhen)(zhen)，即(ji)調(diao)整(zheng)氣(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和(he)管(guan)系(xi)(xi)機械固(gu)有(you)(you)(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管道(dao)振動(dong)第三個原(yuan)因是由機(ji)組(zu)本身(shen)(shen)的振動(dong)引起(qi)。機(ji)組(zu)本身(shen)(shen)的動(dong)平(ping)衡性能(neng)差(cha)、安(an)裝(zhuang)不對(dui)中、基礎及支承設(she)計不當均會引起(qi)機(ji)組(zu)振動(dong)，帶(dai)動(dong)管系振動(dong)。
解(jie)決(jue)往復式壓縮(suo)機(ji)管(guan)(guan)系的氣(qi)流脈動(dong)(dong)(dong)與管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)問題，要從設計(ji)階(jie)段(duan)著手，應(ying)(ying)用(yong)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)算(suan)專用(yong)軟件進行分(fen)析計(ji)算(suan)，將管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)消滅在設計(ji)階(jie)段(duan)。振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)算(suan)包(bao)括(kuo)：氣(qi)柱固(gu)有頻率(lv)與氣(qi)動(dong)(dong)(dong)傳遞特性的計(ji)算(suan)；壓力(li)(li)脈動(dong)(dong)(dong)不均勻度(du)沿管(guan)(guan)分(fen)布及(ji)譜(pu)分(fen)析；管(guan)(guan)系結構固(gu)有頻率(lv)、振(zhen)(zhen)型分(fen)析、振(zhen)(zhen)幅及(ji)動(dong)(dong)(dong)應(ying)(ying)力(li)(li)計(ji)算(suan)。
2. 管(guan)道(dao)振動的機理與對策
管道(dao)系統之所以發(fa)生振(zhen)(zhen)動(dong)是(shi)因(yin)為管道(dao)系統上(shang)(shang)作(zuo)(zuo)用(yong)有周期性的(de)(de)激振(zhen)(zhen)力(li)。此激振(zhen)(zhen)力(li)通(tong)常源于管道(dao)內氣體壓(ya)力(li)的(de)(de)脈(mo)動(dong)（或(huo)稱(cheng)波動(dong)）。對于端點安裝往復(fu)式壓(ya)縮機的(de)(de)管系，壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)是(shi)無法避免的(de)(de)，我們的(de)(de)任務(wu)是(shi)將壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)控制在(zai)(zai)一(yi)定的(de)(de)范圍內，不(bu)使其產生有害振(zhen)(zhen)動(dong)。壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)在(zai)(zai)管道(dao)的(de)(de)轉彎(wan)處(chu)(chu)或(huo)在(zai)(zai)截面發(fa)生變化處(chu)(chu)形(xing)成(cheng)激振(zhen)(zhen)力(li)。這(zhe)些力(li)在(zai)(zai)大小(xiao)、方向以及相位上(shang)(shang)各不(bu)相同(tong)，作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)(zai)管道(dao)的(de)(de)彎(wan)頭和(he)變截面（如異徑接頭、閥門、三(san)通(tong)等）處(chu)(chu)，激發(fa)管道(dao)作(zuo)(zuo)受迫振(zhen)(zhen)動(dong)。
壓縮機管(guan)道系統內各點的壓力脈(mo)動(dong)和振動(dong)取決于三個因素(su)。
①. 壓縮(suo)機的參數：包括轉速(su)、活塞沖(chong)程(cheng)、連桿長度(du)、氣缸直徑、流量、壓力、溫(wen)度(du)和緩沖(chong)器的容(rong)積(ji)等。
②. 被壓縮的(de)介質的(de)物(wu)理參(can)數：包括分子(zi)量(liang)、絕熱指數、溫度和壓力等。
③. 系統的(de)幾何配(pei)置(zhi)(zhi)情況：包括各(ge)管(guan)段的(de)長度、外(wai)徑、壁厚、走向；分支管(guan)的(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)；閥(fa)門的(de)安(an)裝位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)及其(qi)重量(liang)；各(ge)輔助設(she)備的(de)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)、外(wai)形尺寸；各(ge)支承的(de)設(she)置(zhi)(zhi)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)和剛性等。
當上述三個(ge)因素確定之后，系(xi)統內各點的壓力脈(mo)動(dong)(dong)(dong)和振動(dong)(dong)(dong)情況(kuang)也就(jiu)相(xiang)應確定下來，由此可(ke)見(jian)，只要(yao)掌握計(ji)算氣流壓力脈(mo)動(dong)(dong)(dong)及管道(dao)振動(dong)(dong)(dong)規律(lv)，不難設計(ji)出使壓力脈(mo)動(dong)(dong)(dong)和振動(dong)(dong)(dong)均控制在安(an)全(quan)、經濟范圍內的優質管道(dao)系(xi)統。
3. 振動分析所使(shi)用的(de)控制標準
往復(fu)式壓(ya)縮(suo)機(ji)管系的振(zhen)動分(fen)析應滿足：美國石油學會API618標準關于脈動控制(zhi)要(yao)求，保(bao)證壓(ya)縮(suo)機(ji)管系的氣流脈動不超(chao)過(guo)允許值；根據美國普渡壓(ya)縮(suo)機(ji)技(ji)術協會關于機(ji)械(xie)振(zhen)幅要(yao)求，保(bao)證機(ji)械(xie)振(zhen)動全振(zhen)幅不超(chao)過(guo)允許值。
美國石油學(xue)會制定的API618標(biao)準，從量(liang)上規(gui)定了對壓力脈動和振動控制的設計(ji)要求。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間(jian)時(shi)，壓力不均(jun)勻度(du)按下式計算：
②. 脈(mo)動頻(pin)率(lv)f按下式計算(suan)：
管道(dao)(dao)因振動而損(sun)壞的可(ke)能性主要(yao)取(qu)決于振幅和(he)(he)頻(pin)率，也就是取(qu)決于交變應(ying)(ying)力的大(da)小和(he)(he)循環(huan)次數。對溫(wen)度不超(chao)過(guo)(guo)370℃碳鋼和(he)(he)低合金鋼管道(dao)(dao)，設計疲勞(lao)強度不應(ying)(ying)超(chao)過(guo)(guo)50MPa。由壓力脈動及其他(ta)荷載產生的綜(zong)合一次應(ying)(ying)力不應(ying)(ying)超(chao)過(guo)(guo)管道(dao)(dao)的熱態許用(yong)應(ying)(ying)力。
③. 根據美(mei)國石油協(xie)會API618的規定，緩沖(chong)器容積按下式計算：
4. 管道壓力(li)脈動的(de)控制措施(shi)
由于往復式(shi)壓縮機間歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)吸排氣，管(guan)道內流體必然呈脈動(dong)狀(zhuang)態(tai)。進行壓力脈動(dong)分(fen)析(xi)不可(ke)能完(wan)全消除壓力的脈動(dong)，而(er)是(shi)將其控制在允許的范圍內［參見(jian)式(shi)（9-6）］。
壓力脈動的控制措(cuo)施如下。
①. 首先要進行(xing)氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)計(ji)算，使氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)（至少(shao)(shao)前三階）與活塞激(ji)發頻(pin)率(lv)錯開，從(cong)而避開氣(qi)柱(zhu)共振。影響(xiang)氣(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)(de)因素除介質(zhi)的(de)(de)(de)(de)組分(fen)外有(you)(you)緩沖器的(de)(de)(de)(de)尺寸與位置(zhi)、管(guan)(guan)徑的(de)(de)(de)(de)大小、管(guan)(guan)系的(de)(de)(de)(de)分(fen)支的(de)(de)(de)(de)多少(shao)(shao)與位置(zhi)、各(ge)管(guan)(guan)段的(de)(de)(de)(de)長度、孔(kong)板及其安裝位置(zhi)、各(ge)管(guan)(guan)段的(de)(de)(de)(de)端點條件等(deng)。
②. 合理設計緩(huan)沖器并安裝在盡量靠近氣(qi)缸的(de)(de)位置。緩(huan)沖器是最簡單而(er)有(you)效的(de)(de)消振措施(shi)。它能(neng)使緩(huan)沖器后面的(de)(de)管道內的(de)(de)氣(qi)流變得緩(huan)和，其作用與柔性分析中的(de)(de)補償(chang)器相(xiang)似。
要(yao)達(da)到理想的(de)(de)減振效(xiao)果，緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)應(ying)有足夠的(de)(de)容(rong)積［可(ke)參照(zhao)式(shi)（9-8）確(que)定］。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)有兩種形式(shi)：一種是(shi)簡單的(de)(de)無內件的(de)(de)緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)，另一種是(shi)有內件濾波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)。采用內件濾波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)可(ke)以更有效(xiao)地控制緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)后(hou)的(de)(de)管道(dao)內的(de)(de)壓力(li)脈動，適當減少緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)的(de)(de)容(rong)積，但同時會增大阻力(li)降。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)的(de)(de)安裝應(ying)盡(jin)量(liang)(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)，對上進氣下排(pai)氣的(de)(de)壓縮(suo)機，入口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)應(ying)布(bu)置在氣缸(gang)(gang)上方(fang)，并(bing)盡(jin)量(liang)(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)。出口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)器(qi)應(ying)布(bu)置在氣缸(gang)(gang)的(de)(de)正下方(fang)并(bing)盡(jin)量(liang)(liang)靠(kao)近氣缸(gang)(gang)。
③. 合理的(de)增設消振孔(kong)板(ban)。在容(rong)(rong)器(qi)的(de)入口處加裝(zhuang)(zhuang)適當尺(chi)寸的(de)孔(kong)板(ban)，可以(yi)將(jiang)該管(guan)段內的(de)壓(ya)力(li)(li)(li)駐波(bo)(bo)變(bian)成行(xing)波(bo)(bo)，使管(guan)道(dao)尾端(duan)不再具有反射條件(jian)，從而(er)降(jiang)低(di)了壓(ya)力(li)(li)(li)不均勻度，達到(dao)減輕管(guan)道(dao)振動的(de)目的(de)。加裝(zhuang)(zhuang)消振孔(kong)板(ban)同時(shi)又產生(sheng)局(ju)部阻力(li)(li)(li)損(sun)失，所(suo)以(yi)壓(ya)縮機(ji)制造廠在確(que)定緩(huan)沖器(qi)容(rong)(rong)積(ji)時(shi)一般(ban)不應考(kao)慮(lv)加裝(zhuang)(zhuang)孔(kong)板(ban)，但當緩(huan)沖器(qi)容(rong)(rong)積(ji)過大無法制造安裝(zhuang)(zhuang)時(shi)，也可考(kao)慮(lv)加裝(zhuang)(zhuang)孔(kong)板(ban)，同時(shi)需對孔(kong)板(ban)的(de)局(ju)部阻力(li)(li)(li)損(sun)失進行(xing)核算。
消(xiao)振(zhen)孔(kong)板(ban)的(de)(de)孔(kong)徑(jing)比(bi)要經壓力脈動計算(suan)確定，一(yi)般孔(kong)徑(jing)比(bi)為(wei)0.43～0.5，孔(kong)板(ban)厚度為(wei)3～5mm，孔(kong)板(ban)內(nei)徑(jing)邊緣處必須保留銳利棱(leng)角，不得倒(dao)角，否則(ze)效(xiao)果要降(jiang)低。孔(kong)板(ban)太(tai)厚會增(zeng)大局部阻力損(sun)失，并產(chan)生噪聲。孔(kong)板(ban)的(de)(de)材料(liao)與(yu)管道相(xiang)同。孔(kong)板(ban)的(de)(de)形(xing)式與(yu)法(fa)蘭的(de)(de)密封面相(xiang)適(shi)應。消(xiao)振(zhen)孔(kong)板(ban)通常安裝在緩(huan)沖器的(de)(de)進出口管口處。
④. 設(she)置集管(guan)(guan)器。并機運(yun)行(xing)的管(guan)(guan)道在(zai)匯(hui)合(he)處脈動量會相互疊(die)加(jia)，疊(die)加(jia)的結果(guo)，有時相互抵消，有時相互加(jia)強，這(zhe)就要看投入運(yun)行(xing)的壓縮機的曲(qu)柄錯角(jiao)，如果(guo)相位(wei)一致則(ze)加(jia)強，相位(wei)相反(fan)則(ze)減弱。為避免在(zai)多機匯(hui)合(he)處產生過大(da)(da)脈動值(zhi)，在(zai)匯(hui)合(he)處設(she)置集管(guan)(guan)器，其尺寸太小不影響緩沖作用。集管(guan)(guan)器的設(she)計(ji)原(yuan)則(ze)是：集管(guan)(guan)器的通流面(mian)積，應大(da)(da)于所有進氣管(guan)(guan)通流面(mian)積總和的3倍。
⑤. 控制管(guan)(guan)系各管(guan)(guan)段的壓(ya)力脈動值，使其(qi)不超過式（9-6）的計算值。當(dang)主管(guan)(guan)道上的壓(ya)力不均(jun)勻度超標時，首(shou)先核算緩(huan)沖器(qi)(qi)容(rong)(rong)積(ji)，緩(huan)沖器(qi)(qi)容(rong)(rong)積(ji)不夠時，加(jia)大緩(huan)沖器(qi)(qi)容(rong)(rong)積(ji)，如果緩(huan)沖器(qi)(qi)已制造完畢或(huo)緩(huan)沖器(qi)(qi)太大難以(yi)制造時，采取加(jia)裝消振(zhen)孔板方(fang)法(fa)。當(dang)分支管(guan)(guan)（如跨線、放空線等）脈動值超標時，可適當(dang)加(jia)大該(gai)(gai)管(guan)(guan)管(guan)(guan)徑(jing)或(huo)在該(gai)(gai)分支的適當(dang)位(wei)置加(jia)裝孔板。如果該(gai)(gai)分支的末端為盲板或(huo)關閉的閥門，應(ying)考慮改(gai)變該(gai)(gai)管(guan)(guan)段的長度。
在(zai)整個管(guan)系(xi)脈動(dong)(dong)值(zhi)都控(kong)(kong)制在(zai)允許的(de)范圍內(nei)后，再(zai)進(jin)行管(guan)系(xi)結(jie)構振(zhen)動(dong)(dong)的(de)計算，將機械振(zhen)動(dong)(dong)的(de)振(zhen)幅和(he)動(dong)(dong)應力控(kong)(kong)制在(zai)允許的(de)范圍內(nei)。
5. 管道振動的控制措(cuo)施(shi)
①. 進行管系的機械(xie)(xie)固有頻(pin)率(lv)計算，使機械(xie)(xie)固有頻(pin)率(lv)（至(zhi)少(shao)前(qian)三(san)階）與活塞激發頻(pin)率(lv)錯開并與氣柱固有頻(pin)率(lv)（至(zhi)少(shao)前(qian)三(san)階）錯開。通常對(dui)于中、低(di)壓(ya)管道(dao)(dao)(p≤8MPa)，管道(dao)(dao)機械(xie)(xie)固有頻(pin)率(lv)不低(di)于24Hz；對(dui)高(gao)壓(ya)管道(dao)(dao)（p>8MPa)，管道(dao)(dao)機械(xie)(xie)固有頻(pin)率(lv)不低(di)于28Hz。
②. 在管(guan)道柔性分析滿足的前(qian)提下，應盡量減少轉彎，因(yin)為過(guo)多的轉彎會減小(xiao)管(guan)系的剛度，使管(guan)系的機械固有頻率降低，并且在彎頭處產生激振(zhen)力，從(cong)而發生振(zhen)動。
③. 支架(jia)應(ying)采取(qu)防(fang)振(zhen)管(guan)卡(ka)(ka)(ka)，而(er)(er)不能只(zhi)為承(cheng)(cheng)重或止推。因為防(fang)振(zhen)管(guan)卡(ka)(ka)(ka)可以約(yue)束(shu)X、Y、Z三個方向的(de)線(xian)位移(yi)，對直徑較小的(de)管(guan)子甚至可以約(yue)束(shu)RX、RY、RZ三個角位移(yi)，而(er)(er)承(cheng)(cheng)重或止推架(jia)卻只(zhi)能約(yue)束(shu)一個方向的(de)線(xian)位移(yi)。為保證(zheng)管(guan)道(dao)(dao)與管(guan)卡(ka)(ka)(ka)充分(fen)接觸，在管(guan)卡(ka)(ka)(ka)與管(guan)道(dao)(dao)之(zhi)間墊石棉橡膠板。
④. 支(zhi)架的間距應滿足(zu)最小頻(pin)率的要求。
⑤. 管道(dao)應(ying)盡量沿地面敷(fu)設，便(bian)于設置支架(jia)，管道(dao)過高則(ze)支架(jia)難以生根，同時支架(jia)的剛度很難保證。支架(jia)的剛度可參照表9-15。
對(dui)于較(jiao)高的支架宜采用框架結構(gou)，單根立柱剛(gang)度(du)較(jiao)小。
⑥. 為防止機組(zu)的轉動(dong)不平衡力引(yin)起管(guan)系振動(dong)，進出口緩(huan)沖器要有牢固(gu)的支承，靠近壓縮機的管(guan)段的支架應重點考慮(lv)。
⑦. 在(zai)閥(fa)門(men)等集中質量處(chu)應加支架，因為集中質量處(chu)振動頻率低。
6. 氣體(ti)的(de)壓(ya)力(li)脈動
往復(fu)壓縮(suo)機的(de)活塞(sai)在氣(qi)缸(gang)中進行周期(qi)(qi)性往復(fu)運動(dong)，引起吸排氣(qi)呈間歇性和周期(qi)(qi)性，管內氣(qi)體壓力(li)(li)不(bu)但隨位置變化，而且隨時間作周期(qi)(qi)性變化，這種現(xian)象(xiang)稱為(wei)氣(qi)體壓力(li)(li)脈動(dong)。壓力(li)(li)脈動(dong)的(de)大小(xiao)通常用壓力(li)(li)不(bu)均勻(yun)度(du)來衡量。壓力(li)(li)不(bu)均勻(yun)度(du)的(de)表達(da)式如(ru)下：
