压缩机管道振动的研究

　　压缩机及其管线，管线及其支架，这些相连结的各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统，该系统产生振动是一个受多种因素影响的过程，主原因有以下3点：

　　1．1管流脉动管道流体的压力，速度，密度等参数随时间呈周期性变化的现象称管流脉动。往复压缩机由于吸，排量的间歇性和周期性使管道流体的压力，速度，密度等参数发生变化，这种变化既表现在随位置的变化也表现在随时间的变化上。脉动气流在管道运输过程中遇到弯管，三通，阀门，法兰，盲板，异径管等管道元件时会产生随时间变化的激振力，这些激振力作用于管道和附属设备产生振动。

　　1．2由于设备装配不当或者基础设计不当引起的振动

　　压缩机运动机构不平衡质量产生的惯性力或基础设计不当都可以引起机组和管道振动，安装应符合安装规范，保证其振动在设计范围之内。地脚支承不稳定，无法有效吸收管线振动能量，因此管道振动往往是基础设计不当造成的。压缩机API标准（API617-2002）第三章333对压缩机的地板和垫板装配做出了明确规定，按照装配图进行安装可以有效的降低管道的振动。

　　地脚支撑不稳，基础松动会引起压缩机本身和管线的剧烈振动，即使是在空载情况下也会导致机组的剧烈振动。所以在实际操作中装配一般符合安装规范，如果设备和管线振动异常剧烈时，首先考虑的就是地脚螺栓，基础有没有松动等。

　　1．3共振

　　（1）气柱共振：管路系统内所容纳的气体称为气柱。气柱本身就像振动系统中的弹簧一样，气柱可以压缩膨胀，并有一定的质量。因此，气柱本身就是一个振动系统，在一定激发力作用下会发生振动。压缩机活塞运动时周期性地向管路吸气，排气对管路中的气体产生激振力，引起气柱振动。气柱共振是指压缩机激发频率为（08~12）倍的气柱共振频率时，管道中的气柱处于共振状态，此时气流压力脉动异常严重，引起

　　影响气柱固有频率的因素除介质（气体）的组成外，还有缓冲器的尺寸和设置位置，接管直径的大小，管系的分支，直管段长度，管段端点状态等，改变这些条件可以改变气柱的固有频率。

　　对于简单管系，可以通过计算和改变共振管长来简化设计，以避开共振。所谓的共振管长是指当激发频率一定时，导致气柱发生共振的光直管管段长度。共振管长可以分为下列几种情况进行计算

　　（a）一端为开端，一端为闭端情况

　　此种情况下，与管道连接的容器，一端容积较小，一端容积较大，例如缓冲器至压缩机气缸入口和压缩机气缸出口至缓冲管之间的管道。

　　（b）两端均为闭端情况，两端均为开端情况此种情况下，

　　（2）管道机械共振：由管子，管件和支架组成的管道本身也是一个弹性系统。管道系统根据配管情况，支撑的类型和位置，也会有一系列的固有频率，当激发频率与某阶固有频率相等或相近时，便发生管道的机械共振。

　　当激发频率为（08~12）倍的管道各阶次固有频率（尤其是低阶次）之外时，就可以避开管道的机械振动。与气柱共振一样，机械共振在工程设计中是必须避免的。当管系的固有频率不能完全错开激振频率时，应调整管系结构，使之*终满足要求。

　　2振动消减措施针对上述原因，往复压缩机管道振动解决办法有3点：

　　（1）控制管流脉动，不产生谐振；

　　（2）紧固地脚螺栓，压缩机基础等，消除松动引起的机体与管道的振动；

　　（3）调整管线的固有频率，调整管系的气柱振动频率，使其不与激发频率相一致，消除或者降低共振引起的管道振动。

　　2．1压缩机管流脉动的消减

　　压缩机管线压力脉动的控制比较复杂，除反复计算，合理调整外，尚须在系统的适当位置正确配置缓冲器，孔板，支管，集管器的元件，或者在某些部位设置诸如液流消振器，消振簧，储能器等装置，以消减或抑制压力脉动。

　　消振设备有以下几种。

　　（1）气缸出口设置缓冲管设置缓冲管可以有效地降低压力脉动对管道的冲击，主要原理是凭借缓冲器容积的能量储存作用。进气缓冲器限制从气缸上游来的放射压力波进入进气管道；排气缓冲器不仅限制返回的反射波进入气缸，而且限制压力波进入排气管道。

　　缓冲器的消振效果取决于缓冲器容积的大小和位置是否足够靠近气缸。缓冲器安装在靠近压缩机气缸处是简单而有效的减振措施，远离气缸的缓冲器往往不能起到预期的缓冲效果。

　　（2）增加孔板

　　所谓孔板衰减器就是把开有圆孔的厚度为几毫米的钢板插在连接管道的法兰之间。孔板能够使气流脉动下降，就在于它是一个阻力元件。如果我们能在管道和容器的适当位置安上一块尺寸恰当的孔板，当气流通过它时，形成局部压力降，使原来具有反射能力的端点失去反射能力，构成无声学反射的端点条件。

　　当压缩机组结构不允许缓冲器紧靠气缸，缓冲效果不理想时，特别是气缸与缓冲器连接管为共振管长时，通过在缓冲器法兰处安装恰当尺寸的孔板可以把管道内的气流由驻波变为行波，从而降低气流压力的不均匀度，以增强缓冲效果，达到减振目的。

　　选择孔板尺寸及安装位置是很重要的。孔板的尺寸对减振的效果也有极大影响，根据试验推荐孔板孔径与管道内径比为：d/D=043~050，厚度b =3~5mm，选用时对低声速介质，d/D可以取靠近05；对于高声速介质，可取靠近043.孔板材料与管道材料要相同，孔板内径边缘处必须保留锐利棱角，不得倒角，否则效果要降低。孔板应安装在足够大的容器进，出口法兰处。孔板远离容器时，不再形成无反射的条件，只是一个单纯的局部阻力元件，无法起到消振作用。因此，没有缓冲罐而单独使用孔板将无法起到消振作用。

　　（3）增加集管器

　　几台压缩机同时并联使用时，气流在集气管处相汇合，脉动量就相互迭加。迭加的结果：有时相互抵消，有时相互加强。一般为了减少正向脉动迭加，使集气管具有一定的缓冲作用，通常原则是增大集气管的流通面积，其大小应是所有进气管流通面积总和的3倍。集管器消振是由几台并联运行的压缩机排气管汇合于总管（称为集管）而消振的。

　　另外还可以用穿膛式液流脉动消振器来减少气流脉动引起的振动，穿膛式液流脉动消振器的消振机理是隔振型的。充入的气体提供了极柔软的弹簧作用，使后继管内的液柱与振源隔离，滤波管对脉冲液流起着良好的抑制作用，后继管液流脉动是典型的受迫振动。

　　2．2基础松动引起的消减措施

　　地脚支撑不稳，基础松动会引起往复压缩机和管线的剧烈振动，往复压缩机启动时即使是在空载情况下也会引发机组与管线的剧烈振动。机械松动引起的振动非常明显，对机组的破坏也比较大。

　　机械松动引发的故障比较明显也容易判断，启动机组工作时就可以判断和检查振动是否是因为松动对机组和管线造成的。基础减振应更换螺帽，重新制造地脚螺栓；加固底座；局部或重做水泥混凝基础；调整联轴器径向，轴向同轴度。这种情况容易排除，做好机组的日常维护和检查就可以排除松动对机组的危害。这里我们不做重点讨论。

　　2．3共振的消减措施

　　（1）控制固有频率由于动力系统的频率工艺需要难以改变，所以应考虑改变管道固有频率和气柱共振长度来避免共振的发生。对于气柱共振应通过调节管道的气柱共振长度来改变管道气柱固有频率共振发生；在激发频率与管道的固有频率相等时，通过改变调整管路的走向，支撑位置，支撑结构，管路结构尺寸等方式，调整管路的固有频率，可以有效的消除共振现象。

　　（2）减少管道弯道数目和加大管道转弯角度

　　在往复压缩机管道的运行中，其激振力主要产生于弯头和异径管的接头处，因此在管道的安装中应尽量减少弯头的使用，使管道走向平直，以减少激振力数目，又因弯管处的激振力与转弯角度相关，增大转弯角度可以增强减振效果，同时要进行固定，即避免空间转弯。这是为了减小产生激振动场所，从而缓解机械振动。

　　（3）调整支承位置和支承刚度

　　适当调整支承位置和支承刚度，使管道固有频率避开激发频率，以避免机械共振的发生。在实际管道中，支座数量，间距和它本身刚度的变化对整个管道刚度的影响是十分显着的，并且相对容易实现。

　　支架形式不同，其刚度必然有所差异，对管系固有频率的影响程度也会有所不同。一般支架的跨距应大体相同（相邻支架*好不要完全相等），因为各支架的跨距中只要有一个较大，管道的机械固有频率就会显着降低。

　　3振动原因的识别方法

　　对往复压缩机管线振动的原因进行分析，总结，对管线的振动原因进行识别，找出引发往复压缩机管线振动的振源，来制定合理的减振措施。

　　如果机组开启时机组和管线的振动都异常剧烈，即使是在空载情况下振动也异常剧烈时可以先判断是否由于机组装配不当或者基础不稳引起的振动；如果带压运行后管线振动非常剧烈可判断是否由于气流脉动引起的振动。气流脉动可以传递到管线很远的地方，气流脉动和共振发生时一般都会引起管线的剧烈振动，此时管线和机组的振动幅度和基础不稳引起的机组振动是明显不同的。

　　区分气流脉动还是共振引起的管线剧烈振动，可以采用振动测试法来判断。脉动是气流在管道中传递过程中遇到管道元件引起振动，而共振是由于机组动力系统的激振频率落在气柱或者管道的固有频率（0．8~1．2）倍频区间时引发的管线剧烈振动。

　　4总结

　　往复压缩机的布置和防振是一个十分复杂的问题，也是机组运行经常遇到的问题。管线防振涉及到管线设计制造，设备布置，器材选择，支架形式及设备安装等方面。往复压缩机制造工艺的精确，安装过程的高标准严要求，设备和管道布置的合理性等，将从源头上降低整个管系的振动。现场减振，对已经发生振动的管道，必须首先判断清楚产生振动的原因，通过计算来确定是由于机组基础不稳，压力不均匀度过大，还是管线产生了共振，然后再采取相对应的减振措施。这样才可以消除管线异常振动，保障安全生产。