1、1压缩机气体管道的振动原因及消振方法【摘要】气体管道是压缩机装置中最主要的系统之一，气体管道发生振动， 将影响压缩机的正常工作，严重时造成气体管道发生爆炸等严重事故。因此，分析压缩机的振动原因及研究消振方法尤为重要。本文将围绕压缩机气体管道的振动原因及消振方法进行讨论。 【关键字】压缩机气体管道振动原因消振方法 中图分类号： TB652 文献标识码： A 文章编号： 一、基本概念 气流脉动：气体管道内的气体通常被称为气柱。因为气体可以压缩、膨胀，故气柱本身是具有连续质量的弹性振动系统。这个系统受到激发后，就会产生振动响应。往复压缩机工作时向管道内间歇地吸气和排气，激发管内气柱，并使气柱振动，表
2、现为管道内气体的压力和速度呈周期性的变化，这种现象称为气流脉动。气流脉动产生的激振力就是导致管道振动的干扰力，也就是管道产生的振源。 管道的机械振动：脉动气体遇到弯头、孔板、变径管、阀门等元件后将产生周期性变化的激振力，该力导致管道的机械振动。 气柱的固有频率：当管道的长度、管径、容器的位置、气体的性质及气体的压力、温度已知时，就确定了管道系统内气体本身所具有的自由振动频率。气柱的固有频率有多个，从一阶到多阶。 激发频率：指单位时间内外部干扰的次数。压缩机每秒钟向管道吸2气或排气的次数，就是管道内气柱的激发频率。例如，某往复压缩机转数为 297r/min，汽缸双作用，激发频率则为 9.9Hz。
3、 二、压缩机气体管道振动的原因分析 1、压缩机机械振动对气体管道的影响 压缩机主机振动通常是由于活塞组存在往复惯性力及力矩的不平衡、旋转惯性力及力矩不平衡、连杆摆动惯性力的存在、倾覆力矩的存在以及机器重心的周期性的移动和切向力的不均匀等各种复杂合力的作用，使压缩机在工作时产生机械振动，是引起管道振动的主要原因。管道振动的另一个原因是管路结构振动系统内管路、管路附件、容器、支架等构成的结构系统在受到激发后就会作出机械振动响应。例如：脉动的气流在管路的转弯处或截面变化处产生的周期性作用力, 就是导致管道结构振动系统的干扰力；另外，压缩机主机运动机构平衡性能差或基础设计不良，也是激发管道机械振动的原
4、因。实践证明，现在压缩机的振动多数是由于气流脉动所引起。 2、气流脉动对气体管道的影响 通常把管道系统内的气体称为气柱。气体可以进行压缩、膨胀，同样气柱也具有一定的弹性。压缩机周期地、间断地进气和排气，结果引起管路内气流压力脉动。对管路的气柱来说实际上就是一种激发，激发就引起压力波，压力波就沿气柱这个弹性体沿轴向以声速进行传播。压力波在管道中传播时，当遇到转弯或截面变化时就形成激振动，即激起管道系统作机械振动。对于气柱振动系统，根据配管情况和始端终端的边界条件，有着自己一系列固有频率，其中最低的频率称为一阶固有频3率或常频，其次的一系列固有频率由低到高分别称为二阶、三阶- - - -。 当激发
5、频率与某阶的气柱固有频率相重合时，则气柱系统将呈现出最大的振动响应，形成强烈的气流压力脉动，这种现象称为气柱共振。同样，对于管路的机械振动系统，也有一系列固有频率。当激发频率与某一阶机械振动固有频率相重合时，则管路系统将呈现出最大的振动效应，形成强烈的机械振动，这就是管路的机械共振。当激发频率等于气柱固有频率又等于管路的机械固有频率时，则气柱和管道均处于共振状态，这将导致管道发生更强烈的振动。 三、减振措施 1、调整气柱固有频率以避免气体共振 管路内的气体具有质量和弹性, 构成了一个气体振动系统。该系统的固有频率取决于管道的长度、内径、容器的容积及位置、气体参数、热力参数等。当气柱固有频率(尤
6、其是低阶频率) 与压缩机的激发频率重合时，即出现气体共振。共振的后果是产生过大的气流脉动，使管路所受激振力增大，造成管道振动加剧。 实验和计算表明, 避免气体共振的有效办法是改变缓冲器的容积和位置, 较简单的办法是改变管道的长度、内径或走向。由于气体固有频率是无穷多个, 从工程减振角度出发, 主要避开低阶频率。 2、降低压力不均匀度以避免较大的气流脉动 由于往复压缩机的吸、排气过程的间歇性，所以，管路内的气体压力和流速在工作条件下产生波动(即气流脉动)，如图 1 所示。因气流脉4动引起施加于管道的激振力，可以认为是由压力脉动和速度脉动的合成，但在数量上由前者引起的占 90% 以上。因此，主要考
7、虑压力脉动的影响。衡量压力脉动大小的指标是压力不均匀度，其定义如下 =（Pmax-Pmin）/ P0 式中 Pmax、Pmin 和 P0 分别为最大、最小和平均压力。表 1 为原苏联列宁格勒化工机械研究院对大型对置式压缩机的许用压力不均匀度提出的标准，轻气体或含氢混合气体可取较大值。 表 1 压力不均匀度许用值 通过管道内最大压力、最小压力及平均压力得出管道压力不均匀度。如果超出了表 1 的许用值，则应继续调整设计方案，直到在标准范围内为止。 一般情况下，压缩机吸(排)气口的压力不均匀度是不能消减的，因此设计中重点考虑降低缓冲器(如分离器等)后继管道的压力脉动值。如果受工艺要求或客观条件限制，
8、不能改动缓冲器，则可以在其出入口处安装合适的孔板。 3、调整管道结构固有频率以避免机械共振 在调整气柱固有频率和气体脉动压力后，还需进一步调整管道结构，5以使管道的机械固有频率避开压缩机的激发频率。为此，当计算结果出现某阶机械共振时，最有效的办法是改变管道的支承位置和数目。同时，也可以通过改变管道的走向或减少弯头的数量等办法降低激振力对管道的作用。由于压力不均匀度不可能全部消除，而管道总有转弯和异径接头等。激振力为在优化设计时，可以采取适当措施降低激振力，尽量使管道走向平直，减少或避免空间走向。在需要转弯时，力求使转角小些。激振力频率取决于压缩机转数， 它是定值。为避免机械共振，通过改变支承的
9、数量和方式来改变管道的刚度，从而达到改变结构固有频率的目的。可采用两种办法：其一是刚性管道设计，即增加支承使系统低阶固有频率高于激发频率。其二是柔性管道设计，即弱化支承， 适当地放松对管道的约束，使系统的低阶固有频率下降，低于激发频率。 四、总结 在生产实际中，由于强烈的管道振动，将会使管路附件，尤其是管道的连接部位、管道与附件的连接部位和管道与支架的连接部件等处发生磨损、松动；在振动所产生的交变应力作用下，导致疲劳破坏，从而发生管线断裂、介质外泄，甚至引起严重的生产事故，给生产和环境造成严重危害。因此分析其振动原因，并采取消振措施尽量减少其带来的危害是很有必要的。 6【参考文献】 1 张瑞琳. 活塞式压缩机管道系统振动分析及改进 . 流体机械, 2000; 28 (6) : 40) 42 2 伊建玉, 杨维群, 袁庆禄, 等. 压缩机气体管道的振动原因及消振方法. 压缩机技术, 2002; 9 ( 4) : 38) 39 3 尚彦华, 王金乐, 穆伟. 丁二烯压缩机管路振动的分析和处理. 甘肃 科技, 2003; 19 ( 8) : 35) 36 4 唐永进. 往复压缩机管道的防振设计. 石油化工设备技术, 2001;22( 3 ) : 35) 39.
