1. 往復式壓(ya)縮機管系的特(te)點
往(wang)復(fu)式壓縮機(ji)(ji)的(de)工(gong)作特點是(shi)吸、排氣(qi)流(liu)(liu)呈間歇(xie)性(xing)和(he)(he)周期(qi)性(xing)，因此不可避免的(de)要激發(fa)進(jin)、出口管道內(nei)的(de)流(liu)(liu)體呈脈(mo)動(dong)(dong)狀(zhuang)態，使管內(nei)流(liu)(liu)體參數(shu)（如壓力(li)(li)、速度、密度等）隨位置(zhi)及時間作周期(qi)性(xing)變(bian)化(hua)。這種現象(xiang)稱(cheng)為(wei)氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)。脈(mo)動(dong)(dong)流(liu)(liu)體沿管道輸送(song)時，遇到彎頭、異徑(jing)管、分支(zhi)管、閥(fa)門、盲板等元(yuan)件將(jiang)產生(sheng)隨時間變(bian)化(hua)的(de)激振(zhen)力(li)(li)，受(shou)該激振(zhen)力(li)(li)作用，管系便產生(sheng)一(yi)定(ding)的(de)機(ji)(ji)械振(zhen)動(dong)(dong)響(xiang)應。壓力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)越(yue)大(da)，管道振(zhen)動(dong)(dong)的(de)振(zhen)幅和(he)(he)動(dong)(dong)應力(li)(li)越(yue)大(da)。強烈的(de)脈(mo)動(dong)(dong)氣(qi)流(liu)(liu)會(hui)嚴重地影(ying)響(xiang)氣(qi)閥(fa)的(de)正常(chang)開閉，減小工(gong)作效率(lv)，此外(wai)，還(huan)會(hui)引起管系的(de)機(ji)(ji)械振(zhen)動(dong)(dong)，造成管件疲勞破壞，發(fa)生(sheng)泄漏，甚至造成火(huo)災(zai)爆炸等重大(da)事故。因此降低氣(qi)流(liu)(liu)脈(mo)動(dong)(dong)是(shi)往(wang)復(fu)式壓縮機(ji)(ji)配管設計(ji)的(de)主要任務之(zhi)一(yi)。
管(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)第二個原因是(shi)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。管(guan)道(dao)內氣(qi)(qi)(qi)體構成(cheng)(cheng)一個系(xi)(xi)統(tong)，稱為(wei)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)。氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)本(ben)身(shen)具有(you)(you)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往復運動(dong)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)道(dao)及(ji)其組成(cheng)(cheng)件組成(cheng)(cheng)一個系(xi)(xi)統(tong)，該系(xi)(xi)統(tong)結(jie)構本(ben)身(shen)具有(you)(you)的(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)稱為(wei)管(guan)系(xi)(xi)機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。在工程上常把（0.8～1.2）f的(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)范圍作為(wei)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)。當氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)內時，發(fa)生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，產生(sheng)較大壓力(li)脈(mo)動(dong)。管(guan)系(xi)(xi)機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)落(luo)在激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)或氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)時，發(fa)生(sheng)結(jie)構共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。因此配管(guan)設計(ji)必須(xu)避免(mian)發(fa)生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)及(ji)結(jie)構的(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，即調整氣(qi)(qi)(qi)柱(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)和管(guan)系(xi)(xi)機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管道振(zhen)動第三(san)個原因(yin)是(shi)由機組本身的(de)振(zhen)動引起。機組本身的(de)動平(ping)衡性能差(cha)、安裝不(bu)對(dui)中、基礎(chu)及支承設計不(bu)當(dang)均會引起機組振(zhen)動，帶動管系振(zhen)動。
解(jie)決往復式壓縮機(ji)管(guan)系(xi)的氣流脈動(dong)(dong)(dong)與管(guan)道振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)問題，要從設(she)計(ji)(ji)階(jie)段著手，應用振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)(ji)算(suan)專用軟件進行分析計(ji)(ji)算(suan)，將(jiang)管(guan)道振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)消滅在設(she)計(ji)(ji)階(jie)段。振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)計(ji)(ji)算(suan)包括：氣柱固有頻(pin)率(lv)與氣動(dong)(dong)(dong)傳遞(di)特(te)性的計(ji)(ji)算(suan)；壓力脈動(dong)(dong)(dong)不均勻度(du)沿管(guan)分布及譜分析；管(guan)系(xi)結構固有頻(pin)率(lv)、振(zhen)(zhen)(zhen)型分析、振(zhen)(zhen)(zhen)幅及動(dong)(dong)(dong)應力計(ji)(ji)算(suan)。
2. 管道振動的機理與(yu)對策
管(guan)道系(xi)統之所以(yi)發(fa)生(sheng)(sheng)振動是(shi)因為管(guan)道系(xi)統上作(zuo)用有(you)周期(qi)性的(de)激(ji)振力(li)。此激(ji)振力(li)通常源于管(guan)道內氣體壓(ya)力(li)的(de)脈(mo)動（或(huo)稱波(bo)動）。對于端點(dian)安裝往復(fu)式壓(ya)縮(suo)機的(de)管(guan)系(xi)，壓(ya)力(li)脈(mo)動是(shi)無法避(bi)免(mian)的(de)，我(wo)們(men)的(de)任務(wu)是(shi)將壓(ya)力(li)脈(mo)動控制在(zai)一定的(de)范圍內，不使其產生(sheng)(sheng)有(you)害振動。壓(ya)力(li)脈(mo)動在(zai)管(guan)道的(de)轉彎處(chu)或(huo)在(zai)截(jie)面(mian)(mian)發(fa)生(sheng)(sheng)變化處(chu)形成激(ji)振力(li)。這些力(li)在(zai)大(da)小、方向(xiang)以(yi)及相位上各不相同，作(zuo)用在(zai)管(guan)道的(de)彎頭(tou)和(he)變截(jie)面(mian)(mian)（如異徑接(jie)頭(tou)、閥門、三通等）處(chu)，激(ji)發(fa)管(guan)道作(zuo)受迫振動。
壓(ya)縮(suo)機(ji)管道系統內(nei)各點的壓(ya)力脈動(dong)和(he)振動(dong)取決于三個因素。
①. 壓縮機(ji)的參(can)數：包括轉速(su)、活塞沖程、連桿長度(du)、氣缸直(zhi)徑、流量(liang)、壓力、溫(wen)度(du)和(he)緩沖器的容積等(deng)。
②. 被壓(ya)(ya)縮的介(jie)質(zhi)的物理參數：包括分子量(liang)、絕熱指數、溫度(du)和壓(ya)(ya)力等。
③. 系統(tong)的(de)幾何配置情況：包括各(ge)管(guan)段的(de)長度、外徑、壁厚、走向；分支管(guan)的(de)位(wei)置；閥門的(de)安裝位(wei)置及其重量；各(ge)輔(fu)助設(she)備的(de)位(wei)置、外形尺(chi)寸；各(ge)支承(cheng)的(de)設(she)置位(wei)置和剛性等(deng)。
當(dang)上(shang)述三個因素確定(ding)之后，系統內各(ge)點的壓力脈(mo)動(dong)和(he)振動(dong)情況也(ye)就相應(ying)確定(ding)下來，由(you)此可見，只要(yao)掌握計算(suan)氣(qi)流壓力脈(mo)動(dong)及管道振動(dong)規律，不難(nan)設計出使壓力脈(mo)動(dong)和(he)振動(dong)均控制(zhi)在安(an)全、經濟范圍內的優質管道系統。
3. 振(zhen)動(dong)分析所(suo)使(shi)用的(de)控(kong)制標準
往復式(shi)壓(ya)縮機(ji)(ji)管系的振(zhen)動(dong)(dong)分析應滿足(zu)：美國(guo)石油學會API618標準關于(yu)脈動(dong)(dong)控制(zhi)要求(qiu)，保證壓(ya)縮機(ji)(ji)管系的氣(qi)流脈動(dong)(dong)不超過(guo)允(yun)許值；根據(ju)美國(guo)普渡壓(ya)縮機(ji)(ji)技(ji)術協會關于(yu)機(ji)(ji)械振(zhen)幅要求(qiu)，保證機(ji)(ji)械振(zhen)動(dong)(dong)全振(zhen)幅不超過(guo)允(yun)許值。
美國石油學會制(zhi)定(ding)的API618標準，從量上規定(ding)了對壓力(li)脈(mo)動(dong)和振動(dong)控制(zhi)的設計要求。
①. 當(dang)壓(ya)力在(zai)0.35～20.7MPa之間時(shi)，壓(ya)力不均勻度按(an)下(xia)式(shi)計(ji)算(suan)：
②. 脈(mo)動頻(pin)率f按下式計(ji)算：
管(guan)道(dao)因(yin)振動而損(sun)壞的可能(neng)性(xing)主要取決(jue)于振幅和(he)頻率，也(ye)就是(shi)取決(jue)于交變應力(li)的大小和(he)循環次數。對溫度不超(chao)(chao)過(guo)370℃碳(tan)鋼(gang)和(he)低(di)合(he)金(jin)鋼(gang)管(guan)道(dao)，設計疲勞強(qiang)度不應超(chao)(chao)過(guo)50MPa。由壓力(li)脈(mo)動及其他(ta)荷載產生的綜合(he)一次應力(li)不應超(chao)(chao)過(guo)管(guan)道(dao)的熱(re)態(tai)許(xu)用(yong)應力(li)。
③. 根(gen)據美國石油協(xie)會API618的規定(ding)，緩沖(chong)器容積按下式計算：
4. 管道壓力脈動(dong)的控制措(cuo)施
由(you)于往(wang)復式壓(ya)縮機(ji)間歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)吸排(pai)氣，管道(dao)內(nei)流體必然呈(cheng)脈(mo)(mo)動(dong)狀態。進行(xing)壓(ya)力脈(mo)(mo)動(dong)分(fen)析不可(ke)能完全(quan)消除(chu)壓(ya)力的脈(mo)(mo)動(dong)，而是將其控(kong)制在允許的范圍(wei)內(nei)［參見(jian)式（9-6）］。
壓力脈(mo)動(dong)的控制措施如下。
①. 首先要進行氣(qi)柱固有(you)頻(pin)率的(de)計算，使氣(qi)柱固有(you)頻(pin)率（至少前三階）與(yu)活塞激發(fa)頻(pin)率錯開(kai)(kai)，從而避(bi)開(kai)(kai)氣(qi)柱共振。影(ying)響氣(qi)柱固有(you)頻(pin)率的(de)因素除介質的(de)組分(fen)外有(you)緩沖器(qi)的(de)尺寸與(yu)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)、管(guan)徑的(de)大小、管(guan)系的(de)分(fen)支的(de)多少與(yu)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)、各(ge)管(guan)段(duan)(duan)的(de)長度(du)、孔板及其安裝位(wei)(wei)(wei)置(zhi)、各(ge)管(guan)段(duan)(duan)的(de)端(duan)點條件(jian)等。
②. 合理設(she)計緩(huan)沖器并安裝(zhuang)在盡量靠近氣缸的位置(zhi)。緩(huan)沖器是最簡單而有效的消振(zhen)措施。它能使(shi)緩(huan)沖器后面的管(guan)道內的氣流(liu)變得(de)緩(huan)和(he)，其作用與柔性(xing)分析(xi)中的補償器相似。
要達到理(li)想的(de)(de)(de)減振效(xiao)果，緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)有足(zu)夠的(de)(de)(de)容(rong)積(ji)［可參照式(shi)（9-8）確定(ding)］。緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)有兩(liang)種(zhong)形式(shi)：一(yi)種(zhong)是(shi)簡單的(de)(de)(de)無內件(jian)的(de)(de)(de)緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)，另(ling)一(yi)種(zhong)是(shi)有內件(jian)濾波型(xing)(xing)緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)。采用內件(jian)濾波型(xing)(xing)緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)可以更有效(xiao)地控制緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)后的(de)(de)(de)管道(dao)內的(de)(de)(de)壓力脈(mo)動(dong)，適當減少緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)容(rong)積(ji)，但同時會增大阻力降(jiang)。緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)安裝應(ying)盡(jin)量靠近氣(qi)缸(gang)，對(dui)上(shang)進氣(qi)下(xia)排氣(qi)的(de)(de)(de)壓縮機(ji)，入(ru)口緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)布(bu)置在(zai)氣(qi)缸(gang)上(shang)方，并(bing)盡(jin)量靠近氣(qi)缸(gang)。出(chu)口緩(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)應(ying)布(bu)置在(zai)氣(qi)缸(gang)的(de)(de)(de)正下(xia)方并(bing)盡(jin)量靠近氣(qi)缸(gang)。
③. 合理的(de)(de)(de)增設消振(zhen)孔(kong)板(ban)(ban)。在容器(qi)的(de)(de)(de)入口(kou)處加(jia)裝適當尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)板(ban)(ban)，可(ke)以(yi)將該管(guan)段內的(de)(de)(de)壓(ya)力(li)駐(zhu)波變(bian)成行波，使管(guan)道(dao)尾端不再(zai)具有反射(she)條(tiao)件，從而降低了(le)壓(ya)力(li)不均勻度(du)，達(da)到減輕管(guan)道(dao)振(zhen)動的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。加(jia)裝消振(zhen)孔(kong)板(ban)(ban)同(tong)時又產生局部阻(zu)力(li)損失，所以(yi)壓(ya)縮機制(zhi)造廠在確定緩沖(chong)器(qi)容積時一般不應考慮加(jia)裝孔(kong)板(ban)(ban)，但當緩沖(chong)器(qi)容積過大(da)無法制(zhi)造安裝時，也可(ke)考慮加(jia)裝孔(kong)板(ban)(ban)，同(tong)時需(xu)對孔(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)局部阻(zu)力(li)損失進行核算。
消振孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)孔(kong)(kong)(kong)徑比要(yao)經壓(ya)力(li)脈動計算確定，一般孔(kong)(kong)(kong)徑比為0.43～0.5，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)厚度為3～5mm，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)內(nei)徑邊緣處必須保留銳(rui)利(li)棱角，不得倒角，否(fou)則效果(guo)要(yao)降低。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)太厚會增大(da)局部阻力(li)損失，并產生(sheng)噪聲(sheng)。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)材料與管道相同。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)形式與法蘭(lan)的(de)密(mi)封面相適應。消振孔(kong)(kong)(kong)板(ban)通(tong)常安裝(zhuang)在緩沖器(qi)的(de)進出口(kou)管口(kou)處。
④. 設置集(ji)管器(qi)(qi)。并機運行的管道在匯合(he)(he)處脈動量會相(xiang)(xiang)互疊(die)加(jia)，疊(die)加(jia)的結果，有(you)時(shi)相(xiang)(xiang)互抵消，有(you)時(shi)相(xiang)(xiang)互加(jia)強，這就(jiu)要看投入運行的壓縮機的曲(qu)柄錯角，如果相(xiang)(xiang)位(wei)一(yi)致則加(jia)強，相(xiang)(xiang)位(wei)相(xiang)(xiang)反則減弱。為避免在多(duo)機匯合(he)(he)處產(chan)生(sheng)過(guo)大(da)脈動值，在匯合(he)(he)處設置集(ji)管器(qi)(qi)，其尺寸太小不影響緩沖作(zuo)用。集(ji)管器(qi)(qi)的設計原則是：集(ji)管器(qi)(qi)的通流面積，應(ying)大(da)于所(suo)有(you)進氣管通流面積總和的3倍。
⑤. 控制(zhi)管(guan)系各管(guan)段的(de)(de)(de)壓力脈動值(zhi)(zhi)，使其不超(chao)過(guo)式（9-6）的(de)(de)(de)計算值(zhi)(zhi)。當(dang)主管(guan)道上的(de)(de)(de)壓力不均(jun)勻(yun)度超(chao)標時(shi)，首先(xian)核算緩沖(chong)(chong)器容(rong)積，緩沖(chong)(chong)器容(rong)積不夠時(shi)，加(jia)(jia)大(da)(da)緩沖(chong)(chong)器容(rong)積，如(ru)果(guo)緩沖(chong)(chong)器已(yi)制(zhi)造(zao)完(wan)畢或緩沖(chong)(chong)器太(tai)大(da)(da)難以制(zhi)造(zao)時(shi)，采取加(jia)(jia)裝(zhuang)(zhuang)消振孔(kong)板(ban)方法(fa)。當(dang)分支管(guan)（如(ru)跨線(xian)、放(fang)空(kong)線(xian)等(deng)）脈動值(zhi)(zhi)超(chao)標時(shi)，可(ke)適(shi)當(dang)加(jia)(jia)大(da)(da)該管(guan)管(guan)徑(jing)或在(zai)該分支的(de)(de)(de)適(shi)當(dang)位(wei)置加(jia)(jia)裝(zhuang)(zhuang)孔(kong)板(ban)。如(ru)果(guo)該分支的(de)(de)(de)末端為(wei)盲板(ban)或關(guan)閉(bi)的(de)(de)(de)閥(fa)門(men)，應考慮改變該管(guan)段的(de)(de)(de)長度。
在(zai)整(zheng)個管系脈動值都控(kong)制(zhi)在(zai)允許的(de)范(fan)圍(wei)內后，再(zai)進行管系結構振動的(de)計算，將機械振動的(de)振幅和動應(ying)力控(kong)制(zhi)在(zai)允許的(de)范(fan)圍(wei)內。
5. 管道振動(dong)的控(kong)制措施(shi)
①. 進行管(guan)(guan)系的機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)頻率(lv)計算，使機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)頻率(lv)（至少前(qian)三階(jie)）與活塞(sai)激(ji)發頻率(lv)錯(cuo)開(kai)并(bing)與氣(qi)柱固有(you)(you)頻率(lv)（至少前(qian)三階(jie)）錯(cuo)開(kai)。通(tong)常對于中、低(di)壓管(guan)(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)(guan)道(dao)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)頻率(lv)不低(di)于24Hz；對高壓管(guan)(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)(guan)道(dao)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)(you)頻率(lv)不低(di)于28Hz。
②. 在(zai)管(guan)道(dao)柔性分(fen)析滿足的(de)前提(ti)下，應(ying)盡量減少轉(zhuan)彎(wan)(wan)，因為過多(duo)的(de)轉(zhuan)彎(wan)(wan)會減小管(guan)系(xi)(xi)的(de)剛(gang)度，使管(guan)系(xi)(xi)的(de)機械固有(you)頻率降(jiang)低，并(bing)且(qie)在(zai)彎(wan)(wan)頭處(chu)產生(sheng)激振力(li)，從而(er)發生(sheng)振動(dong)。
③. 支架應采取防振(zhen)管(guan)(guan)卡，而不能只(zhi)為承(cheng)重或止(zhi)推。因(yin)為防振(zhen)管(guan)(guan)卡可(ke)以約束X、Y、Z三個(ge)(ge)方向(xiang)的(de)線位(wei)移，對(dui)直徑較小的(de)管(guan)(guan)子(zi)甚至可(ke)以約束RX、RY、RZ三個(ge)(ge)角位(wei)移，而承(cheng)重或止(zhi)推架卻只(zhi)能約束一個(ge)(ge)方向(xiang)的(de)線位(wei)移。為保證(zheng)管(guan)(guan)道(dao)與管(guan)(guan)卡充分接觸，在管(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)道(dao)之間墊石(shi)棉橡膠(jiao)板(ban)。
④. 支架的間(jian)距應滿足最小頻率的要求。
⑤. 管道應盡(jin)量(liang)沿地面敷設，便于設置支架(jia)，管道過高則(ze)支架(jia)難(nan)以(yi)生根，同時支架(jia)的(de)(de)剛度很難(nan)保證(zheng)。支架(jia)的(de)(de)剛度可參照表(biao)9-15。
對于(yu)較高的支架宜采用(yong)框架結構，單根立(li)柱(zhu)剛度較小(xiao)。
⑥. 為防止機組的轉動(dong)不平衡力引起(qi)管系振動(dong)，進出口緩沖器要(yao)有(you)牢固的支承，靠近壓縮機的管段的支架應重點(dian)考慮。
⑦. 在閥門等(deng)集中(zhong)質量處(chu)應加支架，因為(wei)集中(zhong)質量處(chu)振動頻(pin)率低(di)。
6. 氣體的壓力脈動(dong)
往復壓縮機的(de)活塞在氣缸中進行(xing)周(zhou)期(qi)性往復運動(dong)(dong)，引起吸排氣呈(cheng)間(jian)歇性和周(zhou)期(qi)性，管內氣體壓力(li)(li)不(bu)(bu)但隨位置(zhi)變(bian)(bian)化，而且隨時間(jian)作周(zhou)期(qi)性變(bian)(bian)化，這種現(xian)象稱(cheng)為氣體壓力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)。壓力(li)(li)脈(mo)動(dong)(dong)的(de)大小通常用壓力(li)(li)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)度來(lai)衡量。壓力(li)(li)不(bu)(bu)均勻(yun)(yun)度的(de)表達(da)式(shi)如下：
