1. 往復式壓(ya)縮機管(guan)系的特點
往復(fu)式(shi)壓(ya)(ya)縮機(ji)的工作(zuo)(zuo)特點是(shi)吸、排氣流(liu)呈間(jian)歇性和周(zhou)期性，因(yin)此(ci)不可避免的要激(ji)發進、出(chu)口管(guan)道(dao)內的流(liu)體(ti)(ti)呈脈(mo)(mo)動(dong)狀態，使管(guan)內流(liu)體(ti)(ti)參數（如壓(ya)(ya)力、速(su)度、密度等(deng)(deng)）隨(sui)位(wei)置及時間(jian)作(zuo)(zuo)周(zhou)期性變(bian)化(hua)(hua)。這種(zhong)現象稱為氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)流(liu)體(ti)(ti)沿管(guan)道(dao)輸送時，遇到彎頭、異徑管(guan)、分支(zhi)管(guan)、閥(fa)門、盲(mang)板等(deng)(deng)元(yuan)件將產(chan)生(sheng)隨(sui)時間(jian)變(bian)化(hua)(hua)的激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)力，受該激(ji)振(zhen)(zhen)(zhen)力作(zuo)(zuo)用(yong)，管(guan)系便產(chan)生(sheng)一(yi)定的機(ji)械振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)響應(ying)。壓(ya)(ya)力脈(mo)(mo)動(dong)越大(da)，管(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)的振(zhen)(zhen)(zhen)幅和動(dong)應(ying)力越大(da)。強烈的脈(mo)(mo)動(dong)氣流(liu)會(hui)嚴重地影(ying)響氣閥(fa)的正常開閉，減(jian)小工作(zuo)(zuo)效(xiao)率，此(ci)外，還(huan)會(hui)引起管(guan)系的機(ji)械振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)，造成管(guan)件疲勞(lao)破壞，發生(sheng)泄漏，甚至造成火災(zai)爆炸等(deng)(deng)重大(da)事故(gu)。因(yin)此(ci)降(jiang)低氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)是(shi)往復(fu)式(shi)壓(ya)(ya)縮機(ji)配管(guan)設計的主(zhu)要任務(wu)之一(yi)。
管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)第二個(ge)原因(yin)是(shi)共振(zhen)。管(guan)道(dao)內氣(qi)體(ti)構成(cheng)一(yi)個(ge)系統，稱為氣(qi)柱(zhu)(zhu)。氣(qi)柱(zhu)(zhu)本(ben)身(shen)具(ju)有(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往復(fu)運(yun)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)道(dao)及其組成(cheng)件組成(cheng)一(yi)個(ge)系統，該系統結構本(ben)身(shen)具(ju)有(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為管(guan)系機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。在(zai)工(gong)程上常把(ba)（0.8～1.2）f的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范(fan)圍作為共振(zhen)區。當氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落在(zai)激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區內時(shi)，發(fa)(fa)生氣(qi)柱(zhu)(zhu)共振(zhen)，產生較大(da)壓力(li)脈動(dong)(dong)。管(guan)系機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落在(zai)激(ji)發(fa)(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區或氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)區時(shi)，發(fa)(fa)生結構共振(zhen)。因(yin)此(ci)配管(guan)設計(ji)必須避免發(fa)(fa)生氣(qi)柱(zhu)(zhu)及結構的(de)(de)(de)共振(zhen)，即調整氣(qi)柱(zhu)(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和管(guan)系機械(xie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管(guan)道(dao)振動第三個原(yuan)因是由機(ji)組本身的振動引(yin)起。機(ji)組本身的動平衡性能差(cha)、安(an)裝不(bu)對中、基礎及支承設計不(bu)當(dang)均會引(yin)起機(ji)組振動，帶動管(guan)系振動。
解決往(wang)復式壓縮機管(guan)系的氣流脈動(dong)與(yu)管(guan)道(dao)振動(dong)問題，要從設計(ji)(ji)階段著手(shou)，應用(yong)振動(dong)計(ji)(ji)算專用(yong)軟件進行(xing)分析計(ji)(ji)算，將(jiang)管(guan)道(dao)振動(dong)消滅(mie)在(zai)設計(ji)(ji)階段。振動(dong)計(ji)(ji)算包(bao)括：氣柱固(gu)有頻率(lv)與(yu)氣動(dong)傳遞特性的計(ji)(ji)算；壓力脈動(dong)不(bu)均勻(yun)度沿(yan)管(guan)分布及譜(pu)分析；管(guan)系結構固(gu)有頻率(lv)、振型分析、振幅及動(dong)應力計(ji)(ji)算。
2. 管道(dao)振動的機理與對策
管(guan)(guan)道(dao)系統之所以發生(sheng)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)是因為管(guan)(guan)道(dao)系統上作(zuo)(zuo)用(yong)有周期性的(de)激(ji)(ji)振(zhen)力(li)。此(ci)激(ji)(ji)振(zhen)力(li)通(tong)常源于管(guan)(guan)道(dao)內(nei)氣體壓力(li)的(de)脈動(dong)(dong)(dong)(dong)（或(huo)(huo)稱波動(dong)(dong)(dong)(dong)）。對(dui)于端點(dian)安裝(zhuang)往(wang)復式(shi)壓縮機的(de)管(guan)(guan)系，壓力(li)脈動(dong)(dong)(dong)(dong)是無(wu)法避免的(de)，我們的(de)任務是將壓力(li)脈動(dong)(dong)(dong)(dong)控制(zhi)在(zai)(zai)一定的(de)范圍內(nei)，不使其產生(sheng)有害振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)。壓力(li)脈動(dong)(dong)(dong)(dong)在(zai)(zai)管(guan)(guan)道(dao)的(de)轉(zhuan)彎(wan)處(chu)(chu)或(huo)(huo)在(zai)(zai)截(jie)面(mian)發生(sheng)變(bian)化處(chu)(chu)形(xing)成激(ji)(ji)振(zhen)力(li)。這些力(li)在(zai)(zai)大小(xiao)、方(fang)向以及(ji)相(xiang)位上各不相(xiang)同，作(zuo)(zuo)用(yong)在(zai)(zai)管(guan)(guan)道(dao)的(de)彎(wan)頭和變(bian)截(jie)面(mian)（如異(yi)徑接(jie)頭、閥門(men)、三通(tong)等）處(chu)(chu)，激(ji)(ji)發管(guan)(guan)道(dao)作(zuo)(zuo)受(shou)迫振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)。
壓縮機管道系(xi)統內各點的壓力(li)脈動和(he)振動取(qu)決于三個因素。
①. 壓(ya)縮(suo)機的參數：包括轉速、活塞沖程(cheng)、連桿長度(du)、氣缸直徑、流量(liang)、壓(ya)力、溫度(du)和緩沖器的容積等(deng)。
②. 被壓縮的介(jie)質(zhi)的物理參數(shu)(shu)：包括分子(zi)量、絕熱指(zhi)數(shu)(shu)、溫度和壓力等(deng)。
③. 系統的(de)幾何(he)配置情況：包括各(ge)管段(duan)的(de)長度、外徑、壁厚、走向；分(fen)支管的(de)位置；閥門的(de)安裝(zhuang)位置及其重量；各(ge)輔助設(she)備的(de)位置、外形尺寸；各(ge)支承的(de)設(she)置位置和剛性等。
當上(shang)述三個因(yin)素(su)確定之后(hou)，系統(tong)內各點(dian)的(de)壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)和(he)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)情況也就相應確定下來，由此(ci)可見，只要掌握計算氣流壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)及(ji)管(guan)道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)規律，不難設計出(chu)使壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)和(he)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)均控制在安(an)全、經濟范圍內的(de)優質管(guan)道(dao)(dao)系統(tong)。
3. 振動分析所使用的控制標準
往復式(shi)壓(ya)縮機管系(xi)(xi)的振動(dong)(dong)分析應滿足(zu)：美(mei)國石油(you)學會API618標準關(guan)于脈動(dong)(dong)控制要求，保證壓(ya)縮機管系(xi)(xi)的氣流脈動(dong)(dong)不(bu)超過允許值；根(gen)據美(mei)國普渡壓(ya)縮機技術(shu)協會關(guan)于機械振幅要求，保證機械振動(dong)(dong)全振幅不(bu)超過允許值。
美國石油學(xue)會(hui)制定(ding)的API618標準，從量上規定(ding)了對壓(ya)力脈動和振動控制的設計(ji)要(yao)求。
①. 當壓力(li)(li)在(zai)0.35～20.7MPa之間(jian)時，壓力(li)(li)不均勻度按下式計(ji)算：
②. 脈動(dong)頻率(lv)f按下(xia)式計算：
管道(dao)因振動而損壞的可能性主要取決(jue)于振幅(fu)和(he)頻率，也就是取決(jue)于交變應(ying)力(li)的大小(xiao)和(he)循環次數(shu)。對溫度不超過(guo)370℃碳(tan)鋼和(he)低合(he)金鋼管道(dao)，設計疲勞(lao)強度不應(ying)超過(guo)50MPa。由壓力(li)脈動及其他荷載產(chan)生的綜合(he)一次應(ying)力(li)不應(ying)超過(guo)管道(dao)的熱態(tai)許用應(ying)力(li)。
③. 根據美國(guo)石油協會API618的規定，緩(huan)沖器容(rong)積按下式計(ji)算：
4. 管道(dao)壓力(li)脈動的控制措施
由于往復式壓(ya)縮機間歇性和周期性吸排氣，管(guan)道內流(liu)體必然呈脈(mo)動(dong)狀態(tai)。進行壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)分析(xi)不可能完全消(xiao)除壓(ya)力(li)的(de)(de)脈(mo)動(dong)，而是(shi)將(jiang)其控(kong)制在允(yun)許的(de)(de)范(fan)圍內［參見式（9-6）］。
壓力脈動的(de)控制措施如下。
①. 首先要進行氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)計算，使氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率（至少前三階）與活塞(sai)激發頻(pin)率錯開(kai)，從而避開(kai)氣柱(zhu)共振。影響氣柱(zhu)固(gu)有頻(pin)率的(de)(de)因(yin)素除介(jie)質的(de)(de)組分外有緩沖器(qi)的(de)(de)尺(chi)寸與位(wei)置、管徑的(de)(de)大小、管系的(de)(de)分支的(de)(de)多少與位(wei)置、各(ge)管段的(de)(de)長度、孔板(ban)及(ji)其安裝位(wei)置、各(ge)管段的(de)(de)端點條件等。
②. 合(he)理(li)設計緩(huan)(huan)沖器并安裝在盡量(liang)靠近氣(qi)缸的位置。緩(huan)(huan)沖器是最(zui)簡單(dan)而有效的消振措施。它能使緩(huan)(huan)沖器后面(mian)的管道內(nei)的氣(qi)流變得(de)緩(huan)(huan)和，其作用(yong)與柔性(xing)分(fen)析(xi)中的補(bu)償(chang)器相似。
要達到理(li)想的(de)(de)減振效(xiao)果，緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)應(ying)(ying)有(you)(you)足夠(gou)的(de)(de)容積［可(ke)參照式（9-8）確(que)定］。緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)有(you)(you)兩種(zhong)(zhong)形式：一(yi)種(zhong)(zhong)是簡單的(de)(de)無內(nei)件的(de)(de)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)，另一(yi)種(zhong)(zhong)是有(you)(you)內(nei)件濾波型緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)。采用內(nei)件濾波型緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)可(ke)以更(geng)有(you)(you)效(xiao)地控(kong)制(zhi)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)后的(de)(de)管道內(nei)的(de)(de)壓力脈動，適當減少緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)容積，但同時(shi)會增大阻力降。緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)安裝應(ying)(ying)盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸，對上進氣下排(pai)氣的(de)(de)壓縮(suo)機，入口(kou)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)應(ying)(ying)布(bu)(bu)置(zhi)在氣缸上方，并盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸。出口(kou)緩(huan)沖(chong)(chong)(chong)器(qi)應(ying)(ying)布(bu)(bu)置(zhi)在氣缸的(de)(de)正下方并盡(jin)量(liang)靠(kao)近氣缸。
③. 合理的(de)增設消振(zhen)孔(kong)(kong)板(ban)(ban)。在容器(qi)的(de)入口(kou)處加(jia)裝適當尺(chi)寸(cun)的(de)孔(kong)(kong)板(ban)(ban)，可以(yi)將該管(guan)段內的(de)壓(ya)力駐波變成行波，使管(guan)道尾端不再具(ju)有反射條件(jian)，從(cong)而降(jiang)低了(le)壓(ya)力不均勻度(du)，達到減輕管(guan)道振(zhen)動的(de)目的(de)。加(jia)裝消振(zhen)孔(kong)(kong)板(ban)(ban)同時又(you)產生(sheng)局部阻力損(sun)失，所以(yi)壓(ya)縮機(ji)制(zhi)(zhi)造(zao)廠在確定(ding)緩沖器(qi)容積(ji)(ji)時一般不應考慮(lv)加(jia)裝孔(kong)(kong)板(ban)(ban)，但(dan)當緩沖器(qi)容積(ji)(ji)過大無法制(zhi)(zhi)造(zao)安(an)裝時，也可考慮(lv)加(jia)裝孔(kong)(kong)板(ban)(ban)，同時需對孔(kong)(kong)板(ban)(ban)的(de)局部阻力損(sun)失進行核算。
消振孔(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)孔(kong)徑(jing)比要經壓力脈動計算確定，一(yi)般(ban)孔(kong)徑(jing)比為0.43～0.5，孔(kong)板(ban)(ban)厚(hou)度為3～5mm，孔(kong)板(ban)(ban)內徑(jing)邊緣處必須保留銳利棱角，不得倒角，否則效(xiao)果要降低。孔(kong)板(ban)(ban)太厚(hou)會增大局(ju)部阻力損失，并產生噪(zao)聲。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)材料與(yu)管(guan)道相同。孔(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)形式與(yu)法蘭的(de)(de)密(mi)封面(mian)相適(shi)應(ying)。消振孔(kong)板(ban)(ban)通常安裝在緩沖器的(de)(de)進出口(kou)管(guan)口(kou)處。
④. 設(she)置集管(guan)器。并(bing)機(ji)運行的(de)(de)(de)管(guan)道在(zai)(zai)匯合(he)處脈(mo)動量會相互(hu)疊(die)加(jia)，疊(die)加(jia)的(de)(de)(de)結果，有(you)時(shi)相互(hu)抵消，有(you)時(shi)相互(hu)加(jia)強，這就要看投入運行的(de)(de)(de)壓(ya)縮機(ji)的(de)(de)(de)曲柄錯角，如果相位(wei)一(yi)致則(ze)(ze)加(jia)強，相位(wei)相反則(ze)(ze)減弱(ruo)。為避免在(zai)(zai)多機(ji)匯合(he)處產(chan)生(sheng)過大(da)脈(mo)動值，在(zai)(zai)匯合(he)處設(she)置集管(guan)器，其(qi)尺寸太(tai)小(xiao)不(bu)影(ying)響緩沖作用。集管(guan)器的(de)(de)(de)設(she)計原(yuan)則(ze)(ze)是：集管(guan)器的(de)(de)(de)通流面(mian)積(ji)，應大(da)于(yu)所有(you)進氣管(guan)通流面(mian)積(ji)總和的(de)(de)(de)3倍。
⑤. 控制管(guan)(guan)(guan)系各管(guan)(guan)(guan)段的(de)(de)壓力(li)脈動(dong)值(zhi)(zhi)，使(shi)其不超(chao)(chao)過式（9-6）的(de)(de)計算(suan)值(zhi)(zhi)。當(dang)(dang)主管(guan)(guan)(guan)道上的(de)(de)壓力(li)不均勻度(du)(du)超(chao)(chao)標(biao)時，首先核算(suan)緩(huan)沖(chong)器容積(ji)，緩(huan)沖(chong)器容積(ji)不夠時，加大(da)緩(huan)沖(chong)器容積(ji)，如(ru)果緩(huan)沖(chong)器已制造完(wan)畢或緩(huan)沖(chong)器太大(da)難(nan)以制造時，采取加裝(zhuang)消振孔(kong)板(ban)方法。當(dang)(dang)分支管(guan)(guan)(guan)（如(ru)跨線、放空線等）脈動(dong)值(zhi)(zhi)超(chao)(chao)標(biao)時，可(ke)適當(dang)(dang)加大(da)該(gai)管(guan)(guan)(guan)管(guan)(guan)(guan)徑或在(zai)該(gai)分支的(de)(de)適當(dang)(dang)位置加裝(zhuang)孔(kong)板(ban)。如(ru)果該(gai)分支的(de)(de)末端為盲(mang)板(ban)或關(guan)閉的(de)(de)閥門，應考(kao)慮改變該(gai)管(guan)(guan)(guan)段的(de)(de)長度(du)(du)。
在(zai)(zai)整個管系(xi)(xi)脈動(dong)值都控制(zhi)在(zai)(zai)允許的(de)范圍(wei)內后(hou)，再進行管系(xi)(xi)結構振(zhen)動(dong)的(de)計算，將(jiang)機械振(zhen)動(dong)的(de)振(zhen)幅和動(dong)應力控制(zhi)在(zai)(zai)允許的(de)范圍(wei)內。
5. 管道振動的控制措施
①. 進行管系的(de)機(ji)械(xie)固(gu)有(you)頻率(lv)計算，使(shi)機(ji)械(xie)固(gu)有(you)頻率(lv)（至少前三(san)階）與活塞(sai)激(ji)發頻率(lv)錯開(kai)并(bing)與氣柱固(gu)有(you)頻率(lv)（至少前三(san)階）錯開(kai)。通常對于中、低(di)壓管道(p≤8MPa)，管道機(ji)械(xie)固(gu)有(you)頻率(lv)不低(di)于24Hz；對高壓管道（p>8MPa)，管道機(ji)械(xie)固(gu)有(you)頻率(lv)不低(di)于28Hz。
②. 在管道柔性分析滿(man)足的前提(ti)下(xia)，應盡量減少轉彎，因(yin)為(wei)過多的轉彎會減小管系的剛度，使管系的機(ji)械固有頻率降低(di)，并且(qie)在彎頭處產生激振力(li)，從而發生振動(dong)。
③. 支架(jia)應采取防振管(guan)(guan)卡，而不能(neng)只為承重或止推。因為防振管(guan)(guan)卡可(ke)以約(yue)束(shu)(shu)X、Y、Z三(san)個(ge)(ge)方向(xiang)的線位移(yi)，對直徑較小的管(guan)(guan)子甚至(zhi)可(ke)以約(yue)束(shu)(shu)RX、RY、RZ三(san)個(ge)(ge)角位移(yi)，而承重或止推架(jia)卻只能(neng)約(yue)束(shu)(shu)一個(ge)(ge)方向(xiang)的線位移(yi)。為保證管(guan)(guan)道(dao)與管(guan)(guan)卡充(chong)分接觸，在(zai)管(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)道(dao)之(zhi)間墊石棉橡(xiang)膠板。
④. 支架的間距應(ying)滿足最小頻率的要求。
⑤. 管(guan)道應盡量沿地面敷設(she)，便于設(she)置支(zhi)架，管(guan)道過(guo)高則(ze)支(zhi)架難(nan)以(yi)生根，同(tong)時支(zhi)架的(de)剛度(du)(du)很難(nan)保證。支(zhi)架的(de)剛度(du)(du)可參照表9-15。
對(dui)于較(jiao)(jiao)高的(de)支架宜(yi)采用框(kuang)架結構，單根立柱(zhu)剛度(du)較(jiao)(jiao)小。
⑥. 為防止機組(zu)的轉動(dong)不(bu)平衡力(li)引(yin)起管系振(zhen)動(dong)，進出口(kou)緩沖器要有牢固的支承，靠近壓縮(suo)機的管段(duan)的支架應(ying)重點考慮。
⑦. 在閥門等(deng)集(ji)中質(zhi)量處應加支架，因為集(ji)中質(zhi)量處振動頻(pin)率(lv)低。
6. 氣(qi)體的壓力脈動
往(wang)復(fu)壓(ya)(ya)(ya)縮機(ji)的(de)活(huo)塞在氣(qi)(qi)缸中進行周(zhou)期性往(wang)復(fu)運動(dong)，引起(qi)吸排氣(qi)(qi)呈間歇(xie)性和周(zhou)期性，管(guan)內氣(qi)(qi)體壓(ya)(ya)(ya)力(li)不(bu)但隨位置變化，而且(qie)隨時間作周(zhou)期性變化，這(zhe)種現象(xiang)稱為氣(qi)(qi)體壓(ya)(ya)(ya)力(li)脈動(dong)。壓(ya)(ya)(ya)力(li)脈動(dong)的(de)大小通常用壓(ya)(ya)(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度(du)來(lai)衡(heng)量。壓(ya)(ya)(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度(du)的(de)表(biao)達式如下(xia)：
