往复式压缩机管道振动的原因及减振技术.docx

一、往复式压缩机管道振动的原因
往复式压缩机管道振动的影响因素较多,由往复式压缩机的工作原理可知，其管线的振动形式是受迫振动。根据激振力的不同情况，其主要原因通常有三种：
（1）压缩机本身运动部件的动平衡性能差,安装不对中、基础设计不当等均能引起机组的振动,从而使与之连接的管线也发生振动。
（2）由气流脉动引起管线受迫振动。往复式压缩机的工作特点是吸、排气呈间歇性和周期性变化,这种特性会导致管内气体呈脉动状态,使管内介质的压力、速度和密度等既随位置变化,又随时间作周期性变化,这种现象称之为气流脉动。脉动的气流沿管线输送遇到弯头、异径管、控制阀和盲板等元件时,将产生随时间变化的激振力,受此激振力作用,管线系统便产生一定的机械振动响应,压力脉动越强,管线振动的位移峰值和应力越大。
（3）当往复式压缩机激励频率与气柱固有频率或管系机械固有频率重合或接近时所引起的共振现象导致的往复式压缩机管线振动。在研究和分析气流脉动引起管线振动时,将同时存在2个振动系统和3个固有频率,即管内气体形成的气柱系统,它由压缩机气缸的吸、排气产生激发使管内压力产生脉动；管线结构的机械系统,压力脉动激发管线作机械振动。显然若管线内脉动压力较大,则会对机械振动系统产生较大的激振力,引起较强烈的机械振动。3个频率是气柱固有频率、管路结构固有频率和压缩机激发频率,当三者或其中二者相同及接近时就会产生共振,且表现为耦合振动。系统振动的迭加必然产生该阶频率的共振,使管线产生该阶频率的共振,使管线产生较大的位移和应力。
二、往复式压缩机管道减振技术
2.1针对机组振动引起管线振动的减振方法
针对往复式压缩机机组本身引起的管线振动，其解决方法的根本在于提高设备的支撑刚度和阻尼，尤其是往复式压缩机基础底座的支撑刚度。
支撑松动也会使管道在机组的带动下振动超过安全标准。压缩机管线的支撑应采用固定支撑或防振管卡，尽量避免采用悬挂结构或者简单的支托；防振管卡布置时应该尽量避免几何上与管道同心、同型，并且可以在管道的加固位置和支撑位置加弹性材料的吸振衬垫。
2.2针对压力脉动引起管线振动的减振方法
(1）选择合适的往复式压缩机类型。不同类型的往复式压缩机对管线的激励不同，选择合适的往复式压缩机类型，可以从根本上减小压力脉动。
(2）在合适位置法兰处加设孔板。在合适的位置增加孔板，可以大幅降低气流脉动的不均匀度，该方法比较容易实施。根据工程经验，孔板通常安装在排气管线缓冲罐的进出口法兰处。节流孔板就是中间开有一定孔径比的钢板，开孔的形状对气流脉动的减小效果影响很大。节流孔板开孔时不能倒角，这样可以提高孔板限流的能力。
(3）增加缓冲罐。可以利用往复式压缩机出口缓冲罐的容积减小压力不均匀度。缓冲罐的直径应是与其相连管道直径的两倍以上，缓冲罐的体积应是气缸单冲程排气量的12倍以上。在实际设计过程中，常常使用API618中关于缓冲罐容积的设计标准。缓冲罐的安装位置离气缸进出口越近越好，这样能最大限度地减少气流脉动。
(4）增大弯头角度并且在弯头处加固支撑。按照气流脉动的理论，弯头的角度是往复式压缩机管道受到气流脉动的激励力大小的重要因素之一，因此增大弯头角度，可以减小压力脉动不均匀度对管道的激振力。但是由于现场条件所限，弯头的角度不能过大。在弯头附近加固支撑，使支撑的刚度变大，保证压力脉动不会引起较大的管线振动。
(5）数台往复式压缩机管线并联排气，使用集管器减小气流脉动。现在工程上通用的方法是在总管汇合之前加入集管器，集管器的流通面积至少是所有并联排气管线流通面积的三倍。集管器的工作原理与缓冲罐类似。
(6）采用阻尼器减小管线振动。对于由气流脉动导致的管线振动，可以通过增加阻尼器来减小它。阻尼器就相当于一个吸振器，把管线振动的机械能转换成其他形式的能量，从而使管线振动减小。现在比较通用的阻尼器有金属橡胶阻尼器、磁流体阻尼器等。阻尼器减振效果很好，但是没有从根源上消除振动原因，而且阻尼器都有使用寿命限制，价格较贵。
(7）脉动衰减器，其减小压力脉动的效果比缓冲器好。但是由于其价格昂贵、结构复杂，在工程中使用较少。
2.3针对共振原因的管线减振方法
2.3.1避免气柱系统共振
为了避免气柱系统发生共振，需要在为往复式压缩机配管之前根据压缩机的转速和介质计算出气柱的共振长度。气柱系统的固有频率取决于介质的传播速度和气柱的长度，当往复式压缩机对管线的激励频率处于气柱固有频率的共振区间时，往复式压缩机管道内的气柱系统就会发生共振。对于工业上使用的往复式压缩机，压缩的介质无法改变，因此介质的声速就无法改变。想改变气柱系统的固有频率，只能通过改变气柱系统的长度，气柱系统的长度就是往复式压缩机管线的长度。所以如果往复式压缩机管线发生气柱共振，需要重新进行配管布置。
2.3.2避免管道系统发生机械共振
当往复式压缩机的激励频率落入往复式压缩机管线固有频率共振区间时会引管线系统机械共振。避免管线系统发生机械共振的关键就在于使激励频率和管线固有频率错开。管线系统的机械固有频率要比气柱系统的固有频率复杂很多，其决定因素有系统的质量、刚度、阻尼等，想要改变系统的固有频率就要从这几方面下手。比较常用的手段有改变管道长度、改变管道直径、改变管线支撑位置和支撑形式、在特定的部位增加配置等，其中工程上应用最广的就是通过改变管线的支撑位置和数目来改变管道的固有频率。
管线支撑的位置、数目、刚度、质量等因素都影响着管线的固有频率。增大系统的刚度、减小系统的质量可以增大管道的固有频率，反之则减小管道的固有频率。安装管道的支撑时，留意支撑的相互距离，各支撑之间的相互距离保证大体上相同，但是每一段的距离都有一定差别，尤其是相邻的两段，其跨距绝对不能相等。这是因为每两个支撑之间的管段就可以视为一条管线，其具有相应的固有频率，保持每段的跨距不一致，使每段的固有频率错开，这样就可以避免往复式压缩机的激励所引起的整个管线的共振。