往复压缩机管线振动消减方法

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往复压缩机已经成为石化行业中不可缺少的主要设备，由于压缩机活塞运行速度的不均匀，引起管线内吸、排气气流速度与压力的周期变化，管线与设置在管线间的附属设备之间的连接部位经常会出现松动和开裂现象。轻则造成机组部件连接处松动、检测仪表失灵及管线泄漏，影响主机的正常运转，重则造成火灾、中毒、爆炸等严重恶性事故。因此采用合理的减振方法解决压缩机管线振动问题具有十分重要的意义。

国外早在2O世纪 50年代就开始对压缩机管线振动问题进行研究，70年代初期，管线振动问题取得了突破性的进展，并进入实用阶段。我国在 70年代中期，开始了管线振动问题的研究，目前已取得了较好成果。

本文讲述了往复压缩机管线振动的主要原因、判别方法以及消减方法。

收稿 日期：2012-03-262013年0l期(总第237期)2 往复压缩机管线振动的主要原因往复压缩机管线振动问题是-个影响因素较多的复杂问题，管线振动产生的原因主要有以下3个方面： (1)压缩机本身运动机构的动力平衡性能差，安装不对中，基窗支撑不当形成的机械振动，从而带动管线振动。 (2)管线内的脉动气流在遇到弯头、三通和截面变化处产生激振力引起管线振动。往复压缩机吸、排气的间歇性，使气流的压力和速度呈周期性变化，这种现象称为气流脉动。气流脉动的大小-般采用压力不均匀度 来表示。压力不均匀度的表达式如下(p -p )/p。×100%式中 p - 不均匀压力 (绝)的最大值，MPap --不均匀压力 (绝)的最小值 ，MPap。--平均压力(绝)，P。(p p瓜 )/2，MPa(3)管系的共振引起管线振动。共振分为 2类：-类是气柱共振；-类是管线的机械共振。

当激发频率与气柱固有频率 (通常是多个)之-相等或相近时，就会激发气柱形成强烈的脉动，故 障 分 析F州 t Analysis称为气柱共振。当激发频率与管线结构系统的固有频率之-相等或相近时，就形成了机械共振，此时管线振动就出现最大的振动幅度。

3 往复压缩机管线振动原因的判别方法对往复压缩机管线振动的原因进行准确的判断，找出管线振动的根源，有助于采认理的措施来降低管线的振动。以下是判别管线振动原因常用到的方法： (1)压缩机开启时机组和管线的振动都异常剧烈，即使是在压缩机空负荷运行的情况下振动也异常剧烈时，则可以判断是由于机组装配不当或者基础不稳引起的振动。 (2)压缩机进行空负荷运行时，管线振值均在正常的范围内，但加载负荷后管线振动振幅立刻发生变化 ，则可判断管线振动不是由于压缩机本身振动造成的，而是由于压力不均匀度过大引起的。通过实测最为可靠，也可以通过压力不均匀度的计算公式来计算。如果压力不均匀度 值不大而有大的振动，就可断定属于管系出现机械共振。 (3)判断机械共振的方法很多∩以采用直接测试的方法。

只要把管线的固有频率测量出来与压力脉动的频率进行比较 ，便能断定是否处于共振∩以采用计算的方法。不过该方法多用于管线的设计阶段，在现场使用时可靠度不高。也可以采用直观实验的方法。如果用木楔卡紧管线时，振动的振幅顿时降低 ，则看判定是机械共振引起的。

4 安装不当或者基础设计不当引起振动的消减方法要避免由安装不当引起的振动，要求安装和检修达到技术标准。在安装和检修中应注意：压缩机的曲轴箱、中体、气缸、电机要求同心的要保持同心，要求水平的要到达水平规范；主轴瓦、连杆大、小头瓦，十字头与滑板间隙要符合技术规范。如果十字头滑道与十字头上下滑板间隙过大，可以通过在十字头上下滑板与十字头体之间增加垫片的方法来调整间隙，使间隙符合要求；如果连杆大头瓦和曲轴颈之间间隙过大时，可减少连杆大头剖分面上的垫片来调整，用更换主轴承薄壁瓦等方法来调整主轴承的间隙。

对于基础设计不当引起的振动，压缩机 API标准 (API617-2002)对压缩机的地板和垫板装配做出了明确规定 3I，按照装配图进行安装可以有效的降低管线的振动。

5 气流脉动引起振动的消减方法5.1 在管系中设置缓冲器在管系中设置缓冲器可以使脉动的气流在缓冲器中得以消减，降低气流脉动的幅值，同时还可以改变管系的气柱固有频率。缓冲器的容积越大，其抗振和减振性能就越好，压缩机吸、排气的缓冲器容积太嗅使脉动气流得不到足够有效的衰减，是管线产生振动不可忽视的因素 I4j。美国 《石油 、化工和气体工业用往复式压缩机》(API618)对压缩机的进出口缓冲器的体积 s、 d提出了要求，公式 如下8.1 ( ) d1.6 VJR式中 ～ 需要的最小吸人缓冲容积，m- - 需要的最小排出缓冲容积，m- - 所有与人口缓冲器相连的气缸每转从缓冲器吸取的净容积之和，m。/r- - 气体在平均操作压力温度时的等熵压缩指数- - 压缩气体的分子量 绝对吸人温度，K- - 气缸法兰处级压力比缓冲器分为单个容器的缓冲器和2个容器串联而成的滤波型缓冲器2种，如果希望缓冲器前管线内有较小的压力不均匀度，可选用单个容器的缓冲器来减振，如果希望缓冲器后管线内有较小的压力不均匀度 ，可选用滤波型缓冲器。

缓冲器的布置形式与位置也很重要，缓冲器越靠近气缸安装 ，缓冲效果就越好，-般是让缓冲器与气缸的法兰直接相连。-般缓冲器的进出口位置要错开布置 ，可以达到较好的缓冲效果。

实践表明，如图 1所示的3种方案的缓冲效果，方案 I<方案I<方案Ⅲ。另外，缓冲器平卧放置比立式布置效果要好 [61。

5.2 在管线中设置孔板在管线和容器的适当位置安装适当尺寸的孔板，可消减气流脉动，避免在管线内形成驻。但孔板应安装在足够大的容器进 、出口法兰处，如2013年01期(总第237期)躐故 障 分 析FaultArialv s图2所示∽板远离容器时，将无法起到减振作用。如果容器前管线振动，孔板应加在靠近容器前法兰处；如果容器后管线振动，孔板就应加在靠近容器后法兰处。

图 1 缓冲器与管线的连接方式图 2 孑L板设置 圈达到理想的减振效果 ，孔板的尺寸应控制在合适的范围内。试验证明，孔板开孔尺寸：d/D0.43～0.50(d为孔板孔径，D为管子内径)，厚度b3-5 mm，在此范围内，气流脉动的衰减效果最明显。

另外，孔板最好选用和管线相同的材料，并且孔板内径边缘处必须保留锐利棱角，不得倒角，否则气流脉动的衰减效果要降低。

5.3 在管系中设置气流脉动衰减器系中设置气流脉动衰减器能使管线中的气流脉动大大降低，比缓冲器具有更好的消振效果。

气流脉动衰减器主要是基于声学滤波原理制作的，其形式多样、结构复杂且成本较高。目前，在实践中应用较多，效果也较好的气流脉动衰减器是多孔声学滤波器 ，如图 3所示。

图 3 多子L声学滤波器5.4 设置集管器并联运行使用的压缩机，为了减小管线振动，可以采用增设集管器方法。但是，集管器的流通面积要足够大，应大于进气管流通面积总和的 3倍 ，这样才能达到较理想的减振效果，如图 4所示。

-2013年01期(总第237期)图 4 集管器简图5.5 合理配置曲柄错角及气缸夹角m压缩机吸、排气管线内的气流，受气缸吸气和排气的激发，脉动情况与气阀开启的时间长短、气缸的结构和曲柄错角的的配置有关。对气缸的结构和配置进行改进，采用合理的吸、排气顺序，使气流变得均匀，可以达到减小气流脉动的目的。

比如，两个气缸为同-级时，较有利的减小气流脉动的方案是双作用气缸且为90。夹角配置，这样能使气流较连续。

5.6 在管系中安装动力吸振器在管线系统恰当位置安装动力吸振器 [81，对减小气流脉动 ，抑制管线振动是十分有效的。动力吸振器能起到消耗能量的作用，吸收管线中气体的内能，使得管线内气体压力脉动趋向缓和。

比如，-级进气缓冲器前的管线振动较大，那么可以在于其平行方向上安装动力吸振器来减小振动。

5.7 改变管线的结构或布置通过采用改变管线结构或布置的方法，可以降低脉动气流对管线的激振力，从而达到降低压力不均匀度的 目的。比如 ，在管线的设计过程中应尽量少的使用变径管件 ，管线的走向要尽量平直；在需要转弯处，转角要尽量校6 管系共振引起振动的消减方法6.1 调整气柱固有频率调整气柱固有频率，使其与激发频率错开，可以避免发生气柱共振。影响气柱固有频率的因素除气体的组成和温度外，管线的长度、流通面积、配管方式以及容器容积的大型芭位置。

目前，调整气柱固有频率最常用的方法，就是改变管线和容器的尺寸及它们的配置方式。

6.2 避开共振管长对于简单管系，可以采用避开共振管长的方故 障分 析huh Anals法来避开共振。所谓共振管长 2，是指当激发频率定时，导致管线发生气柱共振的管线长度。要想有效的避免气柱共振的发生，就要求与压缩机进、出口相连的实际管线长度必需要避开-阶和二阶共振管长。如果压缩机为单缸作用，那么其- 阶共振管长L。(0.8-1.2) 4厂，二阶共振管长L (0.8～1.2)3/4fo式中 激发频率，fn/60 Hzn--压缩机曲轴转速，r/min声速，0X/-RgR"，m/sK--绝热指数重力加速度，g9。8 m/s尺--气体常数，m/K 绝对温度，K6.3 调整管系固有频率管线系统固有频率的大小只与该系统的质量和刚度有关，增大管系刚度和减少管系质量均可提高管系的固有频率。-般情况下，管线及管件在-定工艺条件下不宜随意进行增减，管线直径也是不宜随意进行改变的，因此可以通过改变支撑的数量、位置、支撑的结构方式的方法来改变管系的刚度从而达到改变管系固有频率，使管线固有频率避开激发频率，从而避免机械共振的发生。改变管系固有频率最常用的方法有以下2种：(1)增加支撑的数量并采用强力支撑，提高管系的前几阶固有频率 ，以便远远超过激发频率 ；(2)减少支撑的数量并采用弱支撑或把管线搁在支撑上不另加固定，以降低管线前几阶固有频率。

6.4 增加管系结构的阻尼在管系适当位置对其增加阻尼，可以防止管系发生共振破坏。通常采用在管线的固定支撑的部位放置金属弹簧、橡皮或软木的方法来增加对管系的阻尼，其隔振、减振效果较好；也可以采用在管系适当位置设置阻尼器的方法来增加阻尼，但这种方法在实际中运用较少。

7 结语管线振动是-个非常复杂的问题 ，要做好管线的减振必须综合考虑各种因素，虽然目前已提出了-些解决管线振动的方法和措施，但是管线振动技术还不够完善，还有待进-步研究和探索。