1. 往復式(shi)壓縮機管系(xi)的(de)特點(dian)
往(wang)復式壓(ya)縮機(ji)的(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)特點是吸、排氣流(liu)(liu)呈(cheng)間(jian)歇性(xing)和(he)周期性(xing)，因此(ci)不可(ke)避免的(de)(de)(de)要激(ji)發進、出口管(guan)道(dao)內(nei)的(de)(de)(de)流(liu)(liu)體呈(cheng)脈動(dong)(dong)狀態，使管(guan)內(nei)流(liu)(liu)體參數(shu)（如壓(ya)力、速度、密(mi)度等）隨位(wei)置及(ji)時間(jian)作(zuo)(zuo)周期性(xing)變(bian)化。這種現象稱(cheng)為氣流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)。脈動(dong)(dong)流(liu)(liu)體沿管(guan)道(dao)輸(shu)送時，遇到彎頭、異徑管(guan)、分(fen)支管(guan)、閥門、盲板(ban)等元件(jian)將產生隨時間(jian)變(bian)化的(de)(de)(de)激(ji)振(zhen)力，受該激(ji)振(zhen)力作(zuo)(zuo)用(yong)，管(guan)系(xi)便產生一定的(de)(de)(de)機(ji)械振(zhen)動(dong)(dong)響應。壓(ya)力脈動(dong)(dong)越大(da)(da)，管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)振(zhen)幅(fu)和(he)動(dong)(dong)應力越大(da)(da)。強烈的(de)(de)(de)脈動(dong)(dong)氣流(liu)(liu)會嚴重地影響氣閥的(de)(de)(de)正常開閉(bi)，減小工作(zuo)(zuo)效率(lv)，此(ci)外，還會引(yin)起管(guan)系(xi)的(de)(de)(de)機(ji)械振(zhen)動(dong)(dong)，造成(cheng)管(guan)件(jian)疲勞破(po)壞，發生泄(xie)漏，甚至造成(cheng)火災爆炸等重大(da)(da)事(shi)故。因此(ci)降(jiang)低氣流(liu)(liu)脈動(dong)(dong)是往(wang)復式壓(ya)縮機(ji)配管(guan)設計的(de)(de)(de)主要任務之(zhi)一。
管道(dao)振動(dong)的第二個(ge)原因是(shi)共振。管道(dao)內氣(qi)(qi)體(ti)構(gou)成一個(ge)系(xi)統(tong)，稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)(qi)柱(zhu)。氣(qi)(qi)柱(zhu)本身(shen)具有(you)(you)的頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)。活塞(sai)往(wang)復運動(dong)的頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)。管道(dao)及(ji)其組(zu)成件(jian)組(zu)成一個(ge)系(xi)統(tong)，該系(xi)統(tong)結構(gou)本身(shen)具有(you)(you)的頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為(wei)(wei)管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)。在(zai)工(gong)程(cheng)上常把（0.8～1.2）f的頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)范圍(wei)作為(wei)(wei)共振區(qu)。當氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)落在(zai)激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)的共振區(qu)內時，發(fa)(fa)(fa)生(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)共振，產(chan)生(sheng)較大壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)。管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)落在(zai)激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)的共振區(qu)或氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)的共振區(qu)時，發(fa)(fa)(fa)生(sheng)結構(gou)共振。因此配管設計必(bi)須避免發(fa)(fa)(fa)生(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)及(ji)結構(gou)的共振，即調(diao)整氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)和管系(xi)機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)。
管道振動(dong)第(di)三個原(yuan)因是由(you)機組(zu)本(ben)身的振動(dong)引起(qi)。機組(zu)本(ben)身的動(dong)平衡(heng)性能差(cha)、安裝不對中(zhong)、基礎及支(zhi)承設計不當均會引起(qi)機組(zu)振動(dong)，帶動(dong)管系振動(dong)。
解決(jue)往復式(shi)壓縮機管(guan)(guan)(guan)系(xi)(xi)的氣流(liu)脈動與管(guan)(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動問(wen)題，要從設計(ji)階(jie)段著手，應用振(zhen)(zhen)動計(ji)算(suan)專用軟件(jian)進行分析計(ji)算(suan)，將管(guan)(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)動消(xiao)滅(mie)在設計(ji)階(jie)段。振(zhen)(zhen)動計(ji)算(suan)包(bao)括：氣柱固有頻(pin)率與氣動傳遞(di)特性的計(ji)算(suan)；壓力(li)脈動不(bu)均勻(yun)度沿管(guan)(guan)(guan)分布及譜分析；管(guan)(guan)(guan)系(xi)(xi)結構固有頻(pin)率、振(zhen)(zhen)型(xing)分析、振(zhen)(zhen)幅及動應力(li)計(ji)算(suan)。
2. 管道振動的(de)機理與對(dui)策
管(guan)道系(xi)(xi)統之所以發(fa)生(sheng)(sheng)振動(dong)(dong)是(shi)因為管(guan)道系(xi)(xi)統上(shang)作用有周期性的(de)(de)(de)(de)激振力(li)(li)(li)(li)(li)。此激振力(li)(li)(li)(li)(li)通常源于管(guan)道內氣體壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)脈動(dong)(dong)（或稱波動(dong)(dong)）。對(dui)于端點安裝往復式壓(ya)縮機的(de)(de)(de)(de)管(guan)系(xi)(xi)，壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)脈動(dong)(dong)是(shi)無法避免的(de)(de)(de)(de)，我們的(de)(de)(de)(de)任務是(shi)將(jiang)壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)脈動(dong)(dong)控制在一定(ding)的(de)(de)(de)(de)范圍(wei)內，不使(shi)其產生(sheng)(sheng)有害振動(dong)(dong)。壓(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)脈動(dong)(dong)在管(guan)道的(de)(de)(de)(de)轉彎處(chu)或在截(jie)面發(fa)生(sheng)(sheng)變化(hua)處(chu)形成(cheng)激振力(li)(li)(li)(li)(li)。這些力(li)(li)(li)(li)(li)在大小、方向以及相位上(shang)各不相同，作用在管(guan)道的(de)(de)(de)(de)彎頭(tou)和變截(jie)面（如異徑接(jie)頭(tou)、閥門、三通等）處(chu)，激發(fa)管(guan)道作受迫振動(dong)(dong)。
壓縮(suo)機管道系統內各點的(de)壓力脈動和振動取決于(yu)三個(ge)因(yin)素。
①. 壓縮(suo)機的(de)參(can)數：包括(kuo)轉速、活塞沖程、連桿長度(du)(du)、氣缸直徑、流量(liang)、壓力、溫度(du)(du)和緩(huan)沖器(qi)的(de)容積等(deng)。
②. 被壓縮的(de)介(jie)質的(de)物理參數(shu)：包括(kuo)分子量、絕熱指數(shu)、溫度和壓力(li)等。
③. 系統的幾何配置(zhi)情況：包(bao)括各(ge)管(guan)段的長度、外徑、壁厚(hou)、走向；分支管(guan)的位置(zhi)；閥門(men)的安裝位置(zhi)及其重(zhong)量；各(ge)輔助設備(bei)的位置(zhi)、外形尺(chi)寸；各(ge)支承的設置(zhi)位置(zhi)和剛性等。
當(dang)上述三(san)個因素確(que)定之后，系統(tong)內各點的(de)壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)和振動(dong)(dong)情況也就相應確(que)定下(xia)來，由(you)此可見，只要掌握計(ji)算氣(qi)流壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)及(ji)管道振動(dong)(dong)規律(lv)，不難設計(ji)出使壓(ya)力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)和振動(dong)(dong)均控制在安全、經(jing)濟范(fan)圍內的(de)優質(zhi)管道系統(tong)。
3. 振動分(fen)析(xi)所(suo)使用的(de)控制(zhi)標(biao)準(zhun)
往復(fu)式壓縮(suo)機(ji)管(guan)系的振(zhen)動(dong)(dong)分析應滿足：美國石油學(xue)會(hui)API618標準關于脈動(dong)(dong)控制要求(qiu)，保證(zheng)(zheng)壓縮(suo)機(ji)管(guan)系的氣流脈動(dong)(dong)不超(chao)過(guo)允許值(zhi)；根據(ju)美國普渡壓縮(suo)機(ji)技(ji)術協會(hui)關于機(ji)械(xie)振(zhen)幅要求(qiu)，保證(zheng)(zheng)機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)(dong)全振(zhen)幅不超(chao)過(guo)允許值(zhi)。
美國石油(you)學會制(zhi)定(ding)的(de)API618標準，從量上規定(ding)了對壓力脈動和振動控(kong)制(zhi)的(de)設計要求。
①. 當壓(ya)力在0.35～20.7MPa之間時(shi)，壓(ya)力不均(jun)勻(yun)度按下(xia)式(shi)計算：
②. 脈動頻率f按下(xia)式計算：
管道(dao)(dao)因振動而損壞的(de)可能(neng)性主(zhu)要取決于(yu)振幅和(he)(he)頻率，也就是(shi)取決于(yu)交變應(ying)力(li)的(de)大(da)小和(he)(he)循環(huan)次數。對溫度(du)不超過370℃碳鋼和(he)(he)低合金鋼管道(dao)(dao)，設計疲勞強(qiang)度(du)不應(ying)超過50MPa。由壓力(li)脈(mo)動及其他荷載(zai)產生的(de)綜合一次應(ying)力(li)不應(ying)超過管道(dao)(dao)的(de)熱態許用應(ying)力(li)。
③. 根據(ju)美國石油協會API618的規定，緩沖器容積按(an)下式計算：
4. 管道壓力(li)脈(mo)動(dong)的控制措施
由于往復(fu)式壓縮(suo)機間歇性和周(zhou)期性吸排氣(qi)，管道內(nei)流體必然呈脈(mo)動(dong)(dong)狀態。進行壓力脈(mo)動(dong)(dong)分析不可能完全(quan)消除壓力的脈(mo)動(dong)(dong)，而是將(jiang)其控制在允許的范圍(wei)內(nei)［參見式（9-6）］。
壓力脈動的控(kong)制措(cuo)施如下。
①. 首先(xian)要(yao)進(jin)行氣(qi)柱固有頻(pin)率的(de)計算，使(shi)氣(qi)柱固有頻(pin)率（至(zhi)少(shao)前三階）與(yu)活塞激發(fa)頻(pin)率錯(cuo)開(kai)，從而(er)避開(kai)氣(qi)柱共振(zhen)。影(ying)響氣(qi)柱固有頻(pin)率的(de)因素除介質的(de)組分(fen)外(wai)有緩沖器的(de)尺寸(cun)與(yu)位(wei)置(zhi)(zhi)、管(guan)(guan)(guan)徑的(de)大小(xiao)、管(guan)(guan)(guan)系的(de)分(fen)支(zhi)的(de)多少(shao)與(yu)位(wei)置(zhi)(zhi)、各管(guan)(guan)(guan)段(duan)的(de)長度、孔板及其安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)(zhi)、各管(guan)(guan)(guan)段(duan)的(de)端點條件等。
②. 合理設計(ji)緩沖(chong)器并安裝(zhuang)在(zai)盡量靠(kao)近氣缸的(de)位置。緩沖(chong)器是最(zui)簡單而有效的(de)消振(zhen)措施。它能使(shi)緩沖(chong)器后(hou)面的(de)管道內的(de)氣流變得緩和，其作用與柔(rou)性分析中的(de)補償器相似。
要(yao)達到理想的(de)(de)(de)減振效果(guo)，緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器應(ying)有(you)足夠的(de)(de)(de)容(rong)(rong)積［可參照式(shi)(shi)（9-8）確(que)定］。緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器有(you)兩(liang)種形式(shi)(shi)：一種是簡單(dan)的(de)(de)(de)無內件(jian)的(de)(de)(de)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器，另一種是有(you)內件(jian)濾(lv)波(bo)型緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器。采用內件(jian)濾(lv)波(bo)型緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器可以更有(you)效地(di)控制緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器后的(de)(de)(de)管道內的(de)(de)(de)壓力脈動，適當減少(shao)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器的(de)(de)(de)容(rong)(rong)積，但同時會增大阻(zu)力降。緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器的(de)(de)(de)安裝應(ying)盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)缸，對上(shang)進氣(qi)下排氣(qi)的(de)(de)(de)壓縮機，入口緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器應(ying)布置(zhi)在氣(qi)缸上(shang)方，并盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)缸。出(chu)口緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器應(ying)布置(zhi)在氣(qi)缸的(de)(de)(de)正下方并盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)缸。
③. 合理的(de)(de)增設(she)消振孔(kong)板(ban)(ban)。在(zai)容(rong)器(qi)的(de)(de)入口處(chu)加(jia)(jia)裝(zhuang)適當尺(chi)寸的(de)(de)孔(kong)板(ban)(ban)，可以將該管(guan)段內(nei)的(de)(de)壓力駐(zhu)波變(bian)成行(xing)波，使(shi)管(guan)道(dao)尾端不再具(ju)有反射條(tiao)件，從而(er)降低了壓力不均(jun)勻度，達到減輕管(guan)道(dao)振動的(de)(de)目的(de)(de)。加(jia)(jia)裝(zhuang)消振孔(kong)板(ban)(ban)同(tong)時(shi)又產生局部阻力損(sun)失，所以壓縮機制造廠在(zai)確定(ding)緩沖器(qi)容(rong)積(ji)時(shi)一般不應考(kao)慮加(jia)(jia)裝(zhuang)孔(kong)板(ban)(ban)，但當緩沖器(qi)容(rong)積(ji)過(guo)大無法制造安裝(zhuang)時(shi)，也可考(kao)慮加(jia)(jia)裝(zhuang)孔(kong)板(ban)(ban)，同(tong)時(shi)需對孔(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)局部阻力損(sun)失進行(xing)核(he)算。
消振孔(kong)板的孔(kong)徑比要經壓力脈動計算確定，一般孔(kong)徑比為(wei)0.43～0.5，孔(kong)板厚度為(wei)3～5mm，孔(kong)板內徑邊緣處必須保留銳利棱角(jiao)，不得倒角(jiao)，否則效(xiao)果要降低。孔(kong)板太厚會增大(da)局部阻力損失，并產生噪聲。孔(kong)板的材料與管(guan)道(dao)相同。孔(kong)板的形(xing)式與法(fa)蘭的密封面相適應。消振孔(kong)板通(tong)常安裝在(zai)緩沖器的進出口管(guan)口處。
④. 設(she)置(zhi)集(ji)管(guan)器。并機(ji)運行的(de)(de)(de)管(guan)道在匯(hui)合(he)處脈動量會相互疊(die)加(jia)(jia)，疊(die)加(jia)(jia)的(de)(de)(de)結果，有時相互抵消，有時相互加(jia)(jia)強，這(zhe)就要看投入運行的(de)(de)(de)壓縮機(ji)的(de)(de)(de)曲柄錯(cuo)角，如果相位(wei)(wei)一致(zhi)則(ze)加(jia)(jia)強，相位(wei)(wei)相反則(ze)減弱。為避免在多(duo)機(ji)匯(hui)合(he)處產生(sheng)過大(da)脈動值，在匯(hui)合(he)處設(she)置(zhi)集(ji)管(guan)器，其(qi)尺寸太小不影(ying)響緩沖(chong)作用(yong)。集(ji)管(guan)器的(de)(de)(de)設(she)計原(yuan)則(ze)是(shi)：集(ji)管(guan)器的(de)(de)(de)通流面(mian)積，應大(da)于所有進氣管(guan)通流面(mian)積總和(he)的(de)(de)(de)3倍。
⑤. 控制管(guan)系各(ge)管(guan)段的(de)(de)(de)(de)壓力脈動(dong)值(zhi)，使其(qi)不超(chao)(chao)過式（9-6）的(de)(de)(de)(de)計算(suan)值(zhi)。當主管(guan)道上的(de)(de)(de)(de)壓力不均勻度超(chao)(chao)標(biao)時，首先核算(suan)緩(huan)沖(chong)器容(rong)(rong)積，緩(huan)沖(chong)器容(rong)(rong)積不夠(gou)時，加大(da)緩(huan)沖(chong)器容(rong)(rong)積，如果(guo)緩(huan)沖(chong)器已制造(zao)完畢或(huo)緩(huan)沖(chong)器太大(da)難(nan)以制造(zao)時，采取加裝(zhuang)消振孔(kong)板方(fang)法(fa)。當分(fen)(fen)支管(guan)（如跨線(xian)、放空線(xian)等）脈動(dong)值(zhi)超(chao)(chao)標(biao)時，可適當加大(da)該管(guan)管(guan)徑或(huo)在該分(fen)(fen)支的(de)(de)(de)(de)適當位置(zhi)加裝(zhuang)孔(kong)板。如果(guo)該分(fen)(fen)支的(de)(de)(de)(de)末(mo)端(duan)為盲(mang)板或(huo)關(guan)閉(bi)的(de)(de)(de)(de)閥門，應(ying)考慮改變該管(guan)段的(de)(de)(de)(de)長度。
在整(zheng)個管(guan)系(xi)脈動(dong)值都控制在允許的范圍內后，再進行管(guan)系(xi)結(jie)構振(zhen)動(dong)的計算，將機械振(zhen)動(dong)的振(zhen)幅和動(dong)應力(li)控制在允許的范圍內。
5. 管道振(zhen)動的控制措施
①. 進行(xing)管系的(de)機(ji)械固有(you)頻(pin)率(lv)計算(suan)，使機(ji)械固有(you)頻(pin)率(lv)（至少前三階）與活塞激發頻(pin)率(lv)錯開并與氣柱固有(you)頻(pin)率(lv)（至少前三階）錯開。通常對于中、低(di)壓(ya)管道(dao)(p≤8MPa)，管道(dao)機(ji)械固有(you)頻(pin)率(lv)不低(di)于24Hz；對高(gao)壓(ya)管道(dao)（p>8MPa)，管道(dao)機(ji)械固有(you)頻(pin)率(lv)不低(di)于28Hz。
②. 在管(guan)道(dao)柔性分析滿(man)足的前提下(xia)，應盡量減(jian)少(shao)轉彎，因(yin)為(wei)過多的轉彎會減(jian)小(xiao)管(guan)系(xi)的剛度，使管(guan)系(xi)的機(ji)械固(gu)有頻率降(jiang)低，并且在彎頭處產(chan)生(sheng)激振力(li)，從而發生(sheng)振動。
③. 支架應采取防(fang)振管(guan)卡，而不(bu)能(neng)只(zhi)為承重或止(zhi)推(tui)。因為防(fang)振管(guan)卡可以約(yue)(yue)(yue)束X、Y、Z三個方向(xiang)的線(xian)(xian)位(wei)(wei)移，對(dui)直徑(jing)較小的管(guan)子甚至可以約(yue)(yue)(yue)束RX、RY、RZ三個角位(wei)(wei)移，而承重或止(zhi)推(tui)架卻只(zhi)能(neng)約(yue)(yue)(yue)束一個方向(xiang)的線(xian)(xian)位(wei)(wei)移。為保(bao)證管(guan)道與管(guan)卡充(chong)分接觸，在管(guan)卡與管(guan)道之間墊石棉橡膠板。
④. 支(zhi)架的間距應滿(man)足最小頻(pin)率(lv)的要求。
⑤. 管道應盡量沿地(di)面(mian)敷設，便于設置支架，管道過高則(ze)支架難(nan)(nan)以(yi)生根，同時支架的剛(gang)度(du)很難(nan)(nan)保證。支架的剛(gang)度(du)可參照表9-15。
對于(yu)較高的支(zhi)架宜采用(yong)框架結構，單根立柱(zhu)剛度(du)較小(xiao)。
⑥. 為防止機組的(de)(de)轉(zhuan)動不平衡力引起管系振動，進出(chu)口緩沖(chong)器(qi)要有牢(lao)固的(de)(de)支承，靠近壓(ya)縮機的(de)(de)管段的(de)(de)支架應(ying)重點考慮。
⑦. 在閥門等集(ji)中(zhong)質量處應加支(zhi)架，因(yin)為集(ji)中(zhong)質量處振動頻(pin)率低(di)。
6. 氣體的壓力脈動
往復壓(ya)(ya)縮(suo)機的(de)活塞在氣缸(gang)中進行周(zhou)期(qi)(qi)性(xing)(xing)往復運動(dong)，引起吸排氣呈間歇性(xing)(xing)和周(zhou)期(qi)(qi)性(xing)(xing)，管內(nei)氣體(ti)壓(ya)(ya)力不(bu)(bu)但隨位置變化(hua)，而且隨時間作(zuo)周(zhou)期(qi)(qi)性(xing)(xing)變化(hua)，這種現象稱為氣體(ti)壓(ya)(ya)力脈動(dong)。壓(ya)(ya)力脈動(dong)的(de)大(da)小(xiao)通常用(yong)壓(ya)(ya)力不(bu)(bu)均勻(yun)度來衡量。壓(ya)(ya)力不(bu)(bu)均勻(yun)度的(de)表達式如下：
