1. 往(wang)復式(shi)壓縮機管(guan)系的特點
往(wang)復(fu)式(shi)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機的(de)工作(zuo)特(te)點是吸、排(pai)氣流呈間(jian)歇性和周期(qi)性，因此不可避(bi)免的(de)要激(ji)發進(jin)、出口管(guan)(guan)道(dao)內的(de)流體(ti)(ti)呈脈(mo)動(dong)(dong)狀態，使管(guan)(guan)內流體(ti)(ti)參(can)數（如壓(ya)(ya)力、速(su)度(du)、密(mi)度(du)等）隨(sui)位(wei)置及時(shi)(shi)間(jian)作(zuo)周期(qi)性變化。這種現象稱為氣流脈(mo)動(dong)(dong)。脈(mo)動(dong)(dong)流體(ti)(ti)沿管(guan)(guan)道(dao)輸送時(shi)(shi)，遇到彎頭、異徑管(guan)(guan)、分支管(guan)(guan)、閥門、盲(mang)板等元(yuan)件(jian)將產(chan)生(sheng)隨(sui)時(shi)(shi)間(jian)變化的(de)激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)力，受(shou)該激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)力作(zuo)用，管(guan)(guan)系便(bian)產(chan)生(sheng)一定(ding)的(de)機械振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)響應。壓(ya)(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)越大(da)，管(guan)(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)幅和動(dong)(dong)應力越大(da)。強(qiang)烈的(de)脈(mo)動(dong)(dong)氣流會(hui)嚴重地影(ying)響氣閥的(de)正常(chang)開閉，減小工作(zuo)效率，此外，還(huan)會(hui)引起管(guan)(guan)系的(de)機械振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，造成(cheng)(cheng)管(guan)(guan)件(jian)疲勞破壞，發生(sheng)泄漏，甚至造成(cheng)(cheng)火災爆炸(zha)等重大(da)事(shi)故。因此降低氣流脈(mo)動(dong)(dong)是往(wang)復(fu)式(shi)壓(ya)(ya)縮(suo)(suo)機配管(guan)(guan)設計的(de)主(zhu)要任(ren)務之一。
管(guan)(guan)(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)動的第二(er)個原因(yin)是(shi)共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)。管(guan)(guan)(guan)道(dao)內(nei)氣(qi)體構(gou)成(cheng)一個系統(tong)，稱為(wei)氣(qi)柱(zhu)。氣(qi)柱(zhu)本身(shen)具(ju)有(you)的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往復運動的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)激發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)(guan)(guan)道(dao)及其組(zu)成(cheng)件組(zu)成(cheng)一個系統(tong)，該(gai)系統(tong)結(jie)構(gou)本身(shen)具(ju)有(you)的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)管(guan)(guan)(guan)系機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。在工程上常(chang)把（0.8～1.2）f的頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范圍(wei)作為(wei)共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)區。當氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在激發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)區內(nei)時，發(fa)(fa)生氣(qi)柱(zhu)共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)，產生較大(da)壓力脈動。管(guan)(guan)(guan)系機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在激發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)區或氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)區時，發(fa)(fa)生結(jie)構(gou)共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)。因(yin)此配管(guan)(guan)(guan)設(she)計必須避免發(fa)(fa)生氣(qi)柱(zhu)及結(jie)構(gou)的共振(zhen)(zhen)(zhen)(zhen)，即調整(zheng)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和管(guan)(guan)(guan)系機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管(guan)道振(zhen)動(dong)第三(san)個(ge)原因是由(you)機(ji)(ji)組(zu)本身(shen)的振(zhen)動(dong)引起。機(ji)(ji)組(zu)本身(shen)的動(dong)平衡性(xing)能(neng)差、安裝(zhuang)不(bu)對(dui)中、基礎(chu)及(ji)支(zhi)承設計不(bu)當均會引起機(ji)(ji)組(zu)振(zhen)動(dong)，帶動(dong)管(guan)系振(zhen)動(dong)。
解決往復式壓(ya)縮機(ji)管系的(de)氣(qi)流脈動(dong)與(yu)(yu)管道振(zhen)動(dong)問題(ti)，要(yao)從設計階段(duan)著(zhu)手，應用(yong)振(zhen)動(dong)計算(suan)專(zhuan)用(yong)軟件進行分析計算(suan)，將(jiang)管道振(zhen)動(dong)消滅在(zai)設計階段(duan)。振(zhen)動(dong)計算(suan)包括(kuo)：氣(qi)柱固有(you)(you)頻率(lv)(lv)與(yu)(yu)氣(qi)動(dong)傳遞特性的(de)計算(suan)；壓(ya)力脈動(dong)不均勻度沿管分布及(ji)譜分析；管系結構固有(you)(you)頻率(lv)(lv)、振(zhen)型分析、振(zhen)幅及(ji)動(dong)應力計算(suan)。
2. 管(guan)道振動的(de)機理與對策(ce)
管(guan)(guan)道(dao)系(xi)(xi)統(tong)之所以發生(sheng)(sheng)振動(dong)(dong)(dong)是因為管(guan)(guan)道(dao)系(xi)(xi)統(tong)上(shang)作(zuo)(zuo)用有周期性的激(ji)(ji)(ji)振力(li)(li)(li)(li)。此激(ji)(ji)(ji)振力(li)(li)(li)(li)通常(chang)源于管(guan)(guan)道(dao)內氣體(ti)壓力(li)(li)(li)(li)的脈(mo)動(dong)(dong)(dong)（或稱波動(dong)(dong)(dong)）。對于端點安裝(zhuang)往復式壓縮機的管(guan)(guan)系(xi)(xi)，壓力(li)(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)是無法避免的，我(wo)們的任務是將壓力(li)(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)控制(zhi)在(zai)(zai)一定的范圍內，不使其產生(sheng)(sheng)有害振動(dong)(dong)(dong)。壓力(li)(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)在(zai)(zai)管(guan)(guan)道(dao)的轉彎處或在(zai)(zai)截面發生(sheng)(sheng)變(bian)化處形成激(ji)(ji)(ji)振力(li)(li)(li)(li)。這些力(li)(li)(li)(li)在(zai)(zai)大小、方向以及相(xiang)位上(shang)各(ge)不相(xiang)同，作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)管(guan)(guan)道(dao)的彎頭和變(bian)截面（如異(yi)徑(jing)接頭、閥門、三通等(deng)）處，激(ji)(ji)(ji)發管(guan)(guan)道(dao)作(zuo)(zuo)受迫振動(dong)(dong)(dong)。
壓縮機管道系統內各(ge)點的壓力(li)脈動和(he)振動取決于三個因素。
①. 壓縮機的(de)參數：包括轉速(su)、活塞沖程(cheng)、連桿長度(du)、氣(qi)缸直徑、流量、壓力、溫度(du)和緩沖器的(de)容積等(deng)。
②. 被(bei)壓縮的介質的物理參數：包括分(fen)子量、絕熱指(zhi)數、溫(wen)度和壓力等。
③. 系統的幾何配置(zhi)情況：包括各管段的長(chang)度、外(wai)徑、壁(bi)厚、走(zou)向；分支管的位(wei)置(zhi)；閥門的安裝位(wei)置(zhi)及其重量；各輔助設備的位(wei)置(zhi)、外(wai)形尺寸；各支承的設置(zhi)位(wei)置(zhi)和剛性等(deng)。
當上述(shu)三個因(yin)素(su)確定(ding)之后，系(xi)統(tong)內(nei)各點的壓力脈(mo)動和振動情況也就(jiu)相應(ying)確定(ding)下來，由此可見，只要掌握計算氣流(liu)壓力脈(mo)動及(ji)管(guan)道振動規律，不難設計出(chu)使(shi)壓力脈(mo)動和振動均控(kong)制在(zai)安全、經濟范(fan)圍內(nei)的優質管(guan)道系(xi)統(tong)。
3. 振(zhen)動分析所使用(yong)的控制標(biao)準
往(wang)復式壓縮機(ji)管系的振(zhen)動(dong)分析(xi)應(ying)滿足：美(mei)國石油學(xue)會API618標準(zhun)關(guan)于脈動(dong)控制要求(qiu)，保證壓縮機(ji)管系的氣(qi)流脈動(dong)不超(chao)(chao)過(guo)允許(xu)值；根(gen)據美(mei)國普(pu)渡壓縮機(ji)技術協會關(guan)于機(ji)械(xie)振(zhen)幅(fu)要求(qiu)，保證機(ji)械(xie)振(zhen)動(dong)全振(zhen)幅(fu)不超(chao)(chao)過(guo)允許(xu)值。
美國(guo)石油(you)學會制定(ding)的API618標準，從量上規定(ding)了(le)對壓力脈動和振(zhen)動控制的設計要求(qiu)。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間時，壓力不均勻度按下式計算：
②. 脈(mo)動頻率f按下(xia)式計算：
管(guan)(guan)道(dao)(dao)因振動(dong)而損壞的可(ke)能性主要取(qu)決于振幅和頻率，也(ye)就是取(qu)決于交變應力(li)的大小和循環次數。對溫度不超(chao)過370℃碳鋼和低合(he)金(jin)鋼管(guan)(guan)道(dao)(dao)，設計疲(pi)勞強(qiang)度不應超(chao)過50MPa。由壓力(li)脈動(dong)及其(qi)他荷載(zai)產(chan)生的綜(zong)合(he)一次應力(li)不應超(chao)過管(guan)(guan)道(dao)(dao)的熱態許用應力(li)。
③. 根據(ju)美(mei)國(guo)石油(you)協會API618的規定，緩(huan)沖器容積按下式計(ji)算：
4. 管道(dao)壓力脈動的控制措施
由于往(wang)復式(shi)壓(ya)縮機間歇性(xing)和周期性(xing)吸排氣，管道內流體必然呈(cheng)脈動狀態。進(jin)行壓(ya)力脈動分析(xi)不可能完(wan)全消除壓(ya)力的脈動，而是(shi)將(jiang)其(qi)控制在(zai)允許的范圍內［參(can)見式(shi)（9-6）］。
壓力脈動(dong)的控制措施如下。
①. 首先要進行氣柱固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)計算，使氣柱固有(you)頻率(lv)（至少(shao)前三階）與活塞激發頻率(lv)錯開，從而避開氣柱共振。影響氣柱固有(you)頻率(lv)的(de)(de)(de)因素除介質的(de)(de)(de)組分(fen)外(wai)有(you)緩沖器(qi)的(de)(de)(de)尺寸與位(wei)置、管徑的(de)(de)(de)大小、管系的(de)(de)(de)分(fen)支(zhi)的(de)(de)(de)多少(shao)與位(wei)置、各管段的(de)(de)(de)長(chang)度、孔板及其(qi)安裝位(wei)置、各管段的(de)(de)(de)端(duan)點條件等(deng)。
②. 合(he)理設計緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)并安(an)裝(zhuang)在盡量靠近氣缸(gang)的(de)位(wei)置。緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)是最(zui)簡單而有效的(de)消振措施。它能使緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)后面的(de)管道(dao)內的(de)氣流(liu)變得緩(huan)和，其作用(yong)與柔性分析中的(de)補償器(qi)(qi)相(xiang)似。
要達(da)到理想的(de)(de)(de)(de)減振效果，緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)應有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)容積［可參照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)有(you)兩種(zhong)形式：一(yi)種(zhong)是簡單的(de)(de)(de)(de)無(wu)內(nei)(nei)件(jian)的(de)(de)(de)(de)緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)，另(ling)一(yi)種(zhong)是有(you)內(nei)(nei)件(jian)濾波(bo)型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)。采用內(nei)(nei)件(jian)濾波(bo)型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)可以更有(you)效地控(kong)制緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)后的(de)(de)(de)(de)管道內(nei)(nei)的(de)(de)(de)(de)壓力(li)脈動，適當(dang)減少緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)的(de)(de)(de)(de)容積，但(dan)同時會(hui)增大(da)阻(zu)力(li)降。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)的(de)(de)(de)(de)安裝(zhuang)應盡量靠近(jin)氣缸(gang)，對上(shang)進(jin)氣下排氣的(de)(de)(de)(de)壓縮(suo)機，入口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)應布(bu)置在氣缸(gang)上(shang)方(fang)，并盡量靠近(jin)氣缸(gang)。出口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖器(qi)應布(bu)置在氣缸(gang)的(de)(de)(de)(de)正下方(fang)并盡量靠近(jin)氣缸(gang)。
③. 合理的增設消(xiao)振孔(kong)板(ban)(ban)(ban)。在容(rong)器的入口處加(jia)(jia)裝(zhuang)適當尺寸的孔(kong)板(ban)(ban)(ban)，可(ke)以將該管段內的壓(ya)力駐波變成行波，使(shi)管道尾端不(bu)再具有反射條件，從而降低了(le)壓(ya)力不(bu)均勻度(du)，達到減(jian)輕管道振動的目的。加(jia)(jia)裝(zhuang)消(xiao)振孔(kong)板(ban)(ban)(ban)同時(shi)又產生局部阻(zu)力損失，所以壓(ya)縮機制(zhi)造(zao)廠在確定緩(huan)沖器容(rong)積時(shi)一般不(bu)應(ying)考(kao)慮加(jia)(jia)裝(zhuang)孔(kong)板(ban)(ban)(ban)，但當緩(huan)沖器容(rong)積過大(da)無法制(zhi)造(zao)安裝(zhuang)時(shi)，也可(ke)考(kao)慮加(jia)(jia)裝(zhuang)孔(kong)板(ban)(ban)(ban)，同時(shi)需對孔(kong)板(ban)(ban)(ban)的局部阻(zu)力損失進(jin)行核(he)算。
消振孔(kong)板(ban)的(de)孔(kong)徑比(bi)要經(jing)壓力脈動計(ji)算確定，一般(ban)孔(kong)徑比(bi)為(wei)0.43～0.5，孔(kong)板(ban)厚(hou)度為(wei)3～5mm，孔(kong)板(ban)內徑邊(bian)緣(yuan)處必須保留(liu)銳利棱角，不得倒(dao)角，否則(ze)效果(guo)要降(jiang)低。孔(kong)板(ban)太厚(hou)會增(zeng)大局部阻力損失，并(bing)產生噪聲。孔(kong)板(ban)的(de)材料與管(guan)道相(xiang)同。孔(kong)板(ban)的(de)形式與法蘭的(de)密封面相(xiang)適應。消振孔(kong)板(ban)通常安裝在緩(huan)沖器的(de)進(jin)出口管(guan)口處。
④. 設置(zhi)集(ji)管(guan)(guan)(guan)器。并機(ji)運行的(de)管(guan)(guan)(guan)道在匯(hui)(hui)(hui)合處脈動(dong)量會相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)(hu)(hu)疊(die)加(jia)(jia)，疊(die)加(jia)(jia)的(de)結(jie)果(guo)，有(you)時相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)(hu)(hu)抵消，有(you)時相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)(hu)(hu)加(jia)(jia)強，這就要看(kan)投入(ru)運行的(de)壓縮機(ji)的(de)曲柄錯角，如果(guo)相(xiang)(xiang)(xiang)位一致則(ze)(ze)加(jia)(jia)強，相(xiang)(xiang)(xiang)位相(xiang)(xiang)(xiang)反則(ze)(ze)減弱。為避免在多機(ji)匯(hui)(hui)(hui)合處產生過大脈動(dong)值，在匯(hui)(hui)(hui)合處設置(zhi)集(ji)管(guan)(guan)(guan)器，其(qi)尺寸太(tai)小不影響(xiang)緩沖作(zuo)用。集(ji)管(guan)(guan)(guan)器的(de)設計原則(ze)(ze)是：集(ji)管(guan)(guan)(guan)器的(de)通(tong)流(liu)面(mian)積(ji)，應大于所有(you)進氣管(guan)(guan)(guan)通(tong)流(liu)面(mian)積(ji)總和的(de)3倍(bei)。
⑤. 控制管系各(ge)管段(duan)的壓(ya)力脈動值(zhi)，使其不(bu)超過式（9-6）的計算值(zhi)。當(dang)主(zhu)管道上的壓(ya)力不(bu)均勻度超標(biao)(biao)時，首先核(he)算緩沖器(qi)容(rong)(rong)積(ji)(ji)，緩沖器(qi)容(rong)(rong)積(ji)(ji)不(bu)夠時，加(jia)大緩沖器(qi)容(rong)(rong)積(ji)(ji)，如果緩沖器(qi)已制造(zao)完(wan)畢或緩沖器(qi)太大難以制造(zao)時，采取加(jia)裝消振孔板方法。當(dang)分支(zhi)管（如跨線、放空線等）脈動值(zhi)超標(biao)(biao)時，可適當(dang)加(jia)大該管管徑(jing)或在(zai)該分支(zhi)的適當(dang)位置(zhi)加(jia)裝孔板。如果該分支(zhi)的末端為盲板或關(guan)閉的閥門，應考慮改變該管段(duan)的長度。
在整個管(guan)系脈動(dong)值都控制在允(yun)許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內(nei)后，再進行管(guan)系結構振動(dong)的(de)計算(suan)，將機械振動(dong)的(de)振幅和動(dong)應力(li)控制在允(yun)許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。
5. 管道(dao)振動的(de)控制措(cuo)施
①. 進行管(guan)(guan)系的(de)機械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)計算，使(shi)機械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)（至(zhi)少前三階(jie)）與(yu)活塞激發頻(pin)(pin)率(lv)錯開(kai)并與(yu)氣柱固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)（至(zhi)少前三階(jie)）錯開(kai)。通常對于(yu)(yu)中、低壓(ya)管(guan)(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)(guan)道(dao)機械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)不低于(yu)(yu)24Hz；對高壓(ya)管(guan)(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)(guan)道(dao)機械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)率(lv)不低于(yu)(yu)28Hz。
②. 在管道柔性分(fen)析滿足的(de)前(qian)提下(xia)，應盡量減(jian)少轉(zhuan)彎，因為過多的(de)轉(zhuan)彎會減(jian)小管系的(de)剛度，使管系的(de)機械固有頻(pin)率降(jiang)低，并(bing)且在彎頭處(chu)產生激振力，從而發生振動。
③. 支架應采(cai)取(qu)防振管(guan)卡(ka)，而不能只為承重或止推。因為防振管(guan)卡(ka)可以約(yue)束(shu)X、Y、Z三個(ge)方向的線(xian)位(wei)移(yi)(yi)，對(dui)直(zhi)徑較小的管(guan)子甚至可以約(yue)束(shu)RX、RY、RZ三個(ge)角位(wei)移(yi)(yi)，而承重或止推架卻只能約(yue)束(shu)一個(ge)方向的線(xian)位(wei)移(yi)(yi)。為保證管(guan)道與管(guan)卡(ka)充分(fen)接觸，在管(guan)卡(ka)與管(guan)道之間(jian)墊石棉橡膠板。
④. 支架的(de)間距應滿足最(zui)小頻率的(de)要(yao)求。
⑤. 管(guan)道(dao)應(ying)盡(jin)量沿地面(mian)敷設，便于設置支架(jia)，管(guan)道(dao)過(guo)高則支架(jia)難以生(sheng)根，同時(shi)支架(jia)的(de)剛度很難保證。支架(jia)的(de)剛度可(ke)參(can)照(zhao)表(biao)9-15。
對于較高的支(zhi)架宜采用(yong)框架結構(gou)，單(dan)根立柱剛度較小。
⑥. 為防止機(ji)組的(de)(de)轉動(dong)不平衡力(li)引起管系(xi)振動(dong)，進出口緩沖器要有牢固的(de)(de)支承，靠(kao)近壓縮機(ji)的(de)(de)管段的(de)(de)支架(jia)應重點考慮。
⑦. 在閥門等(deng)集(ji)中質量(liang)(liang)處應加支(zhi)架，因為集(ji)中質量(liang)(liang)處振動頻(pin)率低。
6. 氣體的壓力脈動
往復壓(ya)(ya)縮機的活塞在氣(qi)缸中進(jin)行周期性(xing)(xing)往復運動(dong)(dong)，引起(qi)吸排氣(qi)呈間歇性(xing)(xing)和周期性(xing)(xing)，管內氣(qi)體壓(ya)(ya)力(li)不(bu)但隨位(wei)置(zhi)變化，而且隨時(shi)間作(zuo)周期性(xing)(xing)變化，這種現(xian)象稱(cheng)為氣(qi)體壓(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)。壓(ya)(ya)力(li)脈動(dong)(dong)的大小通(tong)常用壓(ya)(ya)力(li)不(bu)均勻(yun)度(du)來衡量。壓(ya)(ya)力(li)不(bu)均勻(yun)度(du)的表達式(shi)如下：
