1. 往復式壓縮(suo)機管系的特點
往(wang)(wang)復式(shi)壓(ya)(ya)(ya)縮機的(de)(de)(de)工作特點是吸、排氣(qi)(qi)流(liu)(liu)呈間歇(xie)性(xing)和(he)(he)周期性(xing)，因此不可避免(mian)的(de)(de)(de)要激發進、出口管(guan)道內的(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)呈脈(mo)動(dong)狀態(tai)，使管(guan)內流(liu)(liu)體(ti)參數（如壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)、速度、密度等(deng)）隨位置及時(shi)間作周期性(xing)變(bian)(bian)化。這種現(xian)象稱為氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)。脈(mo)動(dong)流(liu)(liu)體(ti)沿管(guan)道輸送時(shi)，遇到彎頭、異徑管(guan)、分支管(guan)、閥門、盲板等(deng)元件(jian)將產(chan)(chan)生隨時(shi)間變(bian)(bian)化的(de)(de)(de)激振(zhen)力(li)(li)(li)，受該激振(zhen)力(li)(li)(li)作用，管(guan)系便(bian)產(chan)(chan)生一定的(de)(de)(de)機械振(zhen)動(dong)響應(ying)。壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)越大，管(guan)道振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)振(zhen)幅和(he)(he)動(dong)應(ying)力(li)(li)(li)越大。強烈(lie)的(de)(de)(de)脈(mo)動(dong)氣(qi)(qi)流(liu)(liu)會嚴重地影響氣(qi)(qi)閥的(de)(de)(de)正常(chang)開閉，減小(xiao)工作效率，此外，還會引起管(guan)系的(de)(de)(de)機械振(zhen)動(dong)，造成管(guan)件(jian)疲勞(lao)破壞，發生泄漏，甚至造成火災爆炸等(deng)重大事故。因此降(jiang)低氣(qi)(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)是往(wang)(wang)復式(shi)壓(ya)(ya)(ya)縮機配管(guan)設計(ji)的(de)(de)(de)主要任務之一。
管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)振(zhen)動的(de)(de)第二個原因(yin)(yin)是共(gong)振(zhen)。管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)內氣體構(gou)(gou)成一(yi)個系統，稱(cheng)(cheng)(cheng)為氣柱(zhu)(zhu)(zhu)。氣柱(zhu)(zhu)(zhu)本(ben)(ben)身具(ju)有(you)的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。活塞往復(fu)運動的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為激(ji)發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。管(guan)(guan)道(dao)(dao)(dao)及其組成件組成一(yi)個系統，該系統結(jie)構(gou)(gou)本(ben)(ben)身具(ju)有(you)的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)(cheng)為管(guan)(guan)系機械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。在工程(cheng)上常把（0.8～1.2）f的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)范(fan)圍作為共(gong)振(zhen)區。當氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)落在激(ji)發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)區內時，發生(sheng)氣柱(zhu)(zhu)(zhu)共(gong)振(zhen)，產生(sheng)較(jiao)大壓力脈動。管(guan)(guan)系機械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)落在激(ji)發頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)區或氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)振(zhen)區時，發生(sheng)結(jie)構(gou)(gou)共(gong)振(zhen)。因(yin)(yin)此配管(guan)(guan)設(she)計必須避免發生(sheng)氣柱(zhu)(zhu)(zhu)及結(jie)構(gou)(gou)的(de)(de)共(gong)振(zhen)，即調整氣柱(zhu)(zhu)(zhu)固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)和管(guan)(guan)系機械固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)。
管道(dao)振(zhen)(zhen)動第三個原因是由機(ji)組(zu)本身(shen)的振(zhen)(zhen)動引起。機(ji)組(zu)本身(shen)的動平衡(heng)性(xing)能差、安裝不對中、基礎(chu)及(ji)支承設(she)計不當均會引起機(ji)組(zu)振(zhen)(zhen)動，帶(dai)動管系振(zhen)(zhen)動。
解決往復(fu)式(shi)壓(ya)縮機管(guan)系(xi)的氣(qi)流脈動與管(guan)道振(zhen)(zhen)動問(wen)題，要從設計階段著(zhu)手(shou)，應用振(zhen)(zhen)動計算(suan)(suan)專用軟件進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)計算(suan)(suan)，將管(guan)道振(zhen)(zhen)動消滅在設計階段。振(zhen)(zhen)動計算(suan)(suan)包括(kuo)：氣(qi)柱固有頻(pin)率與氣(qi)動傳遞特性(xing)的計算(suan)(suan)；壓(ya)力脈動不均勻度沿管(guan)分(fen)布及譜分(fen)析(xi)；管(guan)系(xi)結(jie)構固有頻(pin)率、振(zhen)(zhen)型分(fen)析(xi)、振(zhen)(zhen)幅及動應力計算(suan)(suan)。
2. 管道振動的機理(li)與對策
管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)系(xi)統之所以(yi)發生(sheng)振動(dong)是因為管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)系(xi)統上(shang)作用有(you)周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)(de)(de)激(ji)振力(li)(li)(li)。此激(ji)振力(li)(li)(li)通常源于管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)內(nei)氣(qi)體壓力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)脈(mo)動(dong)（或(huo)稱波(bo)動(dong)）。對于端點安(an)裝往(wang)復式壓縮機的(de)(de)(de)管(guan)系(xi)，壓力(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)是無(wu)法避免的(de)(de)(de)，我們的(de)(de)(de)任務(wu)是將壓力(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)控制(zhi)在(zai)(zai)(zai)一定的(de)(de)(de)范圍內(nei)，不使其產生(sheng)有(you)害振動(dong)。壓力(li)(li)(li)脈(mo)動(dong)在(zai)(zai)(zai)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)轉彎處或(huo)在(zai)(zai)(zai)截(jie)面(mian)發生(sheng)變化處形成激(ji)振力(li)(li)(li)。這些力(li)(li)(li)在(zai)(zai)(zai)大小、方(fang)向(xiang)以(yi)及(ji)相位上(shang)各不相同，作用在(zai)(zai)(zai)管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)彎頭(tou)和變截(jie)面(mian)（如異徑接(jie)頭(tou)、閥門、三(san)通等）處，激(ji)發管(guan)道(dao)(dao)(dao)(dao)作受迫振動(dong)。
壓(ya)縮機管道(dao)系統內各(ge)點的壓(ya)力脈動和(he)振動取決于三個因(yin)素。
①. 壓縮機(ji)的參(can)數(shu)：包括轉速(su)、活塞沖程(cheng)、連桿長度(du)、氣(qi)缸直徑、流(liu)量、壓力、溫(wen)度(du)和緩沖器的容積等。
②. 被壓縮(suo)的(de)介(jie)質的(de)物理參數(shu)：包括分子(zi)量、絕熱指數(shu)、溫度和壓力(li)等。
③. 系統的幾何配置情況：包括各管段的長度、外徑、壁厚、走向；分支管的位(wei)置；閥門(men)的安(an)裝位(wei)置及其重量；各輔助設備的位(wei)置、外形尺寸；各支承的設置位(wei)置和(he)剛性等(deng)。
當上(shang)述三個因素確定之后，系統(tong)內各點的(de)壓力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)和振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況也就相應確定下來(lai)，由此可見(jian)，只要掌握計(ji)(ji)算氣流壓力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)及管道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)規律，不難設計(ji)(ji)出(chu)使壓力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)和振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)均控制在安全、經濟(ji)范(fan)圍內的(de)優(you)質管道(dao)系統(tong)。
3. 振(zhen)動分析所使用的控制標準
往復式壓(ya)縮(suo)(suo)機管(guan)系的(de)振動(dong)(dong)分析應滿足：美國(guo)石(shi)油學會(hui)API618標準(zhun)關于脈動(dong)(dong)控制(zhi)要(yao)求(qiu)，保證壓(ya)縮(suo)(suo)機管(guan)系的(de)氣流脈動(dong)(dong)不超(chao)過(guo)允(yun)許(xu)值；根據美國(guo)普渡壓(ya)縮(suo)(suo)機技術協會(hui)關于機械振幅要(yao)求(qiu)，保證機械振動(dong)(dong)全振幅不超(chao)過(guo)允(yun)許(xu)值。
美國石油學會制定的API618標(biao)準，從量(liang)上規定了對(dui)壓力脈動和振動控(kong)制的設計要求。
①. 當壓(ya)力在0.35～20.7MPa之間時，壓(ya)力不均勻度(du)按下式(shi)計算：
②. 脈(mo)動頻率f按下式(shi)計(ji)算：
管(guan)道(dao)因振(zhen)動而(er)損壞的(de)可能性主要取決(jue)于(yu)振(zhen)幅和(he)頻率，也就是取決(jue)于(yu)交變應(ying)力(li)的(de)大小和(he)循環次(ci)數。對溫度不超(chao)過(guo)370℃碳鋼和(he)低合金鋼管(guan)道(dao)，設計疲(pi)勞強度不應(ying)超(chao)過(guo)50MPa。由壓(ya)力(li)脈(mo)動及其他荷載(zai)產生的(de)綜合一(yi)次(ci)應(ying)力(li)不應(ying)超(chao)過(guo)管(guan)道(dao)的(de)熱態許(xu)用應(ying)力(li)。
③. 根(gen)據美國石油(you)協會API618的規定，緩(huan)沖器(qi)容積按下式計算：
4. 管道(dao)壓力脈動的控制(zhi)措施
由于往復(fu)式壓縮機間歇性和周期(qi)性吸排(pai)氣，管道內(nei)流(liu)體必然呈(cheng)脈動(dong)狀態。進行壓力脈動(dong)分析不(bu)可能完全消除壓力的脈動(dong)，而是(shi)將其(qi)控制在(zai)允許的范圍內(nei)［參見(jian)式（9-6）］。
壓力脈動的(de)控制措(cuo)施如下。
①. 首先要進行氣(qi)柱固有(you)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)計(ji)算，使氣(qi)柱固有(you)頻(pin)(pin)率(lv)（至少前三(san)階）與活(huo)塞激發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)錯開，從而避開氣(qi)柱共振。影響氣(qi)柱固有(you)頻(pin)(pin)率(lv)的(de)因素除(chu)介質的(de)組分外有(you)緩(huan)沖(chong)器的(de)尺寸(cun)與位置(zhi)、管徑的(de)大小、管系的(de)分支的(de)多少與位置(zhi)、各管段(duan)的(de)長度、孔(kong)板及(ji)其安裝位置(zhi)、各管段(duan)的(de)端點條件等。
②. 合理設計緩沖(chong)器并安裝(zhuang)在盡量靠近氣(qi)缸的位(wei)置。緩沖(chong)器是最(zui)簡單而(er)有效的消振措施。它能使緩沖(chong)器后(hou)面的管道內的氣(qi)流變(bian)得緩和，其作用與(yu)柔性分析中(zhong)的補償(chang)器相(xiang)似。
要(yao)達到理想(xiang)的(de)減振效果，緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)有足夠的(de)容積［可參照式（9-8）確定］。緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)有兩種(zhong)(zhong)形式：一(yi)種(zhong)(zhong)是簡單的(de)無內(nei)(nei)件的(de)緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，另(ling)一(yi)種(zhong)(zhong)是有內(nei)(nei)件濾波(bo)型緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。采用內(nei)(nei)件濾波(bo)型緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)可以(yi)更有效地控制緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)后的(de)管道內(nei)(nei)的(de)壓力脈動，適當減少緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)容積，但(dan)同時會增(zeng)大阻力降(jiang)。緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)安裝應(ying)盡(jin)(jin)量靠近氣(qi)缸，對上(shang)進氣(qi)下(xia)排氣(qi)的(de)壓縮機，入口緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)布(bu)置(zhi)(zhi)在氣(qi)缸上(shang)方，并盡(jin)(jin)量靠近氣(qi)缸。出(chu)口緩沖器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)布(bu)置(zhi)(zhi)在氣(qi)缸的(de)正下(xia)方并盡(jin)(jin)量靠近氣(qi)缸。
③. 合理(li)的(de)增設消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板。在(zai)容器(qi)(qi)的(de)入口處加裝(zhuang)適當(dang)尺寸的(de)孔(kong)(kong)(kong)板，可以將該管段內的(de)壓力(li)駐波變成(cheng)行波，使管道尾端不再具有反(fan)射條(tiao)件，從(cong)而降(jiang)低了壓力(li)不均勻度，達到減輕管道振(zhen)動的(de)目的(de)。加裝(zhuang)消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板同時又產生局部阻力(li)損失，所以壓縮機制造廠在(zai)確定緩沖(chong)器(qi)(qi)容積時一般(ban)不應考慮加裝(zhuang)孔(kong)(kong)(kong)板，但當(dang)緩沖(chong)器(qi)(qi)容積過(guo)大無法制造安裝(zhuang)時，也可考慮加裝(zhuang)孔(kong)(kong)(kong)板，同時需(xu)對孔(kong)(kong)(kong)板的(de)局部阻力(li)損失進(jin)行核算。
消(xiao)振孔(kong)板的(de)(de)孔(kong)徑(jing)比要經壓力脈動計(ji)算確定，一般孔(kong)徑(jing)比為0.43～0.5，孔(kong)板厚度為3～5mm，孔(kong)板內(nei)徑(jing)邊(bian)緣處必須(xu)保留銳利(li)棱(leng)角(jiao)，不得倒角(jiao)，否則效(xiao)果(guo)要降(jiang)低。孔(kong)板太厚會增大局部阻力損失，并產生(sheng)噪(zao)聲(sheng)。孔(kong)板的(de)(de)材料與(yu)(yu)管道相(xiang)同。孔(kong)板的(de)(de)形式與(yu)(yu)法蘭的(de)(de)密封面相(xiang)適應。消(xiao)振孔(kong)板通常安裝在緩沖器的(de)(de)進出口(kou)管口(kou)處。
④. 設置集管器(qi)(qi)。并(bing)機運行(xing)的(de)管道在匯合(he)處脈動量會相(xiang)(xiang)互疊加(jia)，疊加(jia)的(de)結果(guo)，有時相(xiang)(xiang)互抵消，有時相(xiang)(xiang)互加(jia)強，這(zhe)就要看投入運行(xing)的(de)壓縮(suo)機的(de)曲柄(bing)錯(cuo)角，如果(guo)相(xiang)(xiang)位(wei)一致則加(jia)強，相(xiang)(xiang)位(wei)相(xiang)(xiang)反則減弱。為避免在多機匯合(he)處產生過(guo)大(da)脈動值，在匯合(he)處設置集管器(qi)(qi)，其尺寸太小(xiao)不影(ying)響緩沖作用。集管器(qi)(qi)的(de)設計原(yuan)則是：集管器(qi)(qi)的(de)通流面積，應大(da)于所有進氣管通流面積總和的(de)3倍。
⑤. 控制(zhi)管(guan)系各管(guan)段(duan)的壓(ya)力脈(mo)動值，使其不超過(guo)式（9-6）的計算值。當主(zhu)管(guan)道上(shang)的壓(ya)力不均勻度超標時(shi)，首先(xian)核算緩(huan)沖(chong)器(qi)容(rong)積(ji)，緩(huan)沖(chong)器(qi)容(rong)積(ji)不夠時(shi)，加(jia)(jia)大緩(huan)沖(chong)器(qi)容(rong)積(ji)，如(ru)(ru)果(guo)緩(huan)沖(chong)器(qi)已制(zhi)造(zao)完畢或緩(huan)沖(chong)器(qi)太大難以制(zhi)造(zao)時(shi)，采取加(jia)(jia)裝消振孔板(ban)方法。當分支(zhi)管(guan)（如(ru)(ru)跨線、放空線等）脈(mo)動值超標時(shi)，可(ke)適當加(jia)(jia)大該管(guan)管(guan)徑(jing)或在該分支(zhi)的適當位置加(jia)(jia)裝孔板(ban)。如(ru)(ru)果(guo)該分支(zhi)的末(mo)端為盲(mang)板(ban)或關閉的閥(fa)門，應考慮改變(bian)該管(guan)段(duan)的長度。
在整個管(guan)系脈動(dong)值都控制在允許的范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)后(hou)，再進行管(guan)系結構(gou)振(zhen)動(dong)的計算，將機械振(zhen)動(dong)的振(zhen)幅和動(dong)應力控制在允許的范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)。
5. 管道振動的控(kong)制措施
①. 進行管(guan)系的(de)機(ji)械固有頻(pin)率(lv)計算(suan)，使機(ji)械固有頻(pin)率(lv)（至(zhi)少前三階）與活塞激發頻(pin)率(lv)錯(cuo)(cuo)開并與氣(qi)柱固有頻(pin)率(lv)（至(zhi)少前三階）錯(cuo)(cuo)開。通常(chang)對于中、低壓管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固有頻(pin)率(lv)不低于24Hz；對高壓管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固有頻(pin)率(lv)不低于28Hz。
②. 在管道(dao)柔性分析滿足(zu)的前提(ti)下，應盡量減(jian)(jian)少轉(zhuan)彎(wan)，因為過多的轉(zhuan)彎(wan)會減(jian)(jian)小(xiao)管系(xi)的剛度，使(shi)管系(xi)的機(ji)械固有頻率降低，并且在彎(wan)頭處產生激(ji)振力，從而(er)發生振動(dong)。
③. 支架(jia)應采取(qu)防振管卡(ka)(ka)(ka)，而不能只為承(cheng)重(zhong)或止(zhi)推。因為防振管卡(ka)(ka)(ka)可以約(yue)(yue)束(shu)X、Y、Z三(san)個方向(xiang)的線(xian)位移，對直徑較小的管子甚至可以約(yue)(yue)束(shu)RX、RY、RZ三(san)個角位移，而承(cheng)重(zhong)或止(zhi)推架(jia)卻(que)只能約(yue)(yue)束(shu)一個方向(xiang)的線(xian)位移。為保(bao)證管道(dao)與管卡(ka)(ka)(ka)充分接觸，在(zai)管卡(ka)(ka)(ka)與管道(dao)之間墊(dian)石棉橡膠(jiao)板。
④. 支(zhi)架(jia)的間距應滿足(zu)最小頻率的要求。
⑤. 管道應盡量沿地(di)面敷(fu)設，便于設置支(zhi)(zhi)(zhi)架，管道過高(gao)則(ze)支(zhi)(zhi)(zhi)架難(nan)(nan)以生根(gen)，同(tong)時支(zhi)(zhi)(zhi)架的剛(gang)度(du)很難(nan)(nan)保證。支(zhi)(zhi)(zhi)架的剛(gang)度(du)可參(can)照表9-15。
對于(yu)較高的支架宜采用(yong)框架結構，單根立柱剛(gang)度較小(xiao)。
⑥. 為(wei)防止機(ji)組的轉動不平衡(heng)力引起(qi)管系振(zhen)動，進出口(kou)緩(huan)沖器要有牢(lao)固的支(zhi)承(cheng)，靠(kao)近壓縮(suo)機(ji)的管段的支(zhi)架應(ying)重點考慮(lv)。
⑦. 在閥(fa)門等集中質量(liang)處(chu)應加支架，因(yin)為集中質量(liang)處(chu)振(zhen)動頻率低。
6. 氣體的壓力脈動
往(wang)復壓(ya)縮(suo)機(ji)的(de)活塞在氣缸(gang)中進(jin)行周(zhou)期性往(wang)復運動，引起吸排氣呈間歇性和周(zhou)期性，管內氣體(ti)壓(ya)力(li)不(bu)但隨位置變化，而且隨時間作周(zhou)期性變化，這種現(xian)象稱為氣體(ti)壓(ya)力(li)脈動。壓(ya)力(li)脈動的(de)大(da)小通常用(yong)壓(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度來衡(heng)量(liang)。壓(ya)力(li)不(bu)均(jun)勻度的(de)表達式如(ru)下：
