1. 往復式壓(ya)縮機管(guan)系(xi)的特點
往(wang)復式壓(ya)縮機(ji)(ji)的(de)工作(zuo)特點是(shi)(shi)吸、排氣(qi)流(liu)呈(cheng)間歇性和周(zhou)期性，因此不可避免的(de)要激發進、出口管(guan)道內(nei)的(de)流(liu)體呈(cheng)脈動(dong)(dong)狀態，使管(guan)內(nei)流(liu)體參數(shu)（如壓(ya)力(li)、速度、密(mi)度等）隨位(wei)置(zhi)及時間作(zuo)周(zhou)期性變化。這種現象稱為氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)。脈動(dong)(dong)流(liu)體沿管(guan)道輸(shu)送時，遇到彎頭(tou)、異徑管(guan)、分支管(guan)、閥門、盲板等元件將產生隨時間變化的(de)激振(zhen)(zhen)力(li)，受該激振(zhen)(zhen)力(li)作(zuo)用(yong)，管(guan)系(xi)便產生一定的(de)機(ji)(ji)械振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)響應。壓(ya)力(li)脈動(dong)(dong)越大，管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)振(zhen)(zhen)幅和動(dong)(dong)應力(li)越大。強烈的(de)脈動(dong)(dong)氣(qi)流(liu)會嚴重(zhong)地影響氣(qi)閥的(de)正(zheng)常開閉，減小工作(zuo)效率，此外，還會引(yin)起管(guan)系(xi)的(de)機(ji)(ji)械振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，造成(cheng)管(guan)件疲(pi)勞破壞，發生泄漏，甚至造成(cheng)火災爆炸等重(zhong)大事故。因此降低氣(qi)流(liu)脈動(dong)(dong)是(shi)(shi)往(wang)復式壓(ya)縮機(ji)(ji)配(pei)管(guan)設計(ji)的(de)主要任務(wu)之一。
管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)的(de)(de)第二個(ge)原因(yin)是共(gong)(gong)振(zhen)。管道(dao)(dao)內(nei)氣(qi)體構成一個(ge)系(xi)(xi)統，稱為(wei)氣(qi)柱。氣(qi)柱本(ben)身(shen)具有(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)氣(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。活塞往復運動(dong)的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。管道(dao)(dao)及其(qi)組成件組成一個(ge)系(xi)(xi)統，該系(xi)(xi)統結構本(ben)身(shen)具有(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)管系(xi)(xi)機械(xie)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。在(zai)工(gong)程上常把（0.8～1.2）f的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)范圍(wei)作為(wei)共(gong)(gong)振(zhen)區(qu)。當氣(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)區(qu)內(nei)時，發(fa)生(sheng)氣(qi)柱共(gong)(gong)振(zhen)，產生(sheng)較大壓力脈動(dong)。管系(xi)(xi)機械(xie)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)區(qu)或氣(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)區(qu)時，發(fa)生(sheng)結構共(gong)(gong)振(zhen)。因(yin)此配管設計(ji)必須(xu)避免發(fa)生(sheng)氣(qi)柱及結構的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)，即調整氣(qi)柱固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)和(he)管系(xi)(xi)機械(xie)固(gu)(gu)有(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。
管(guan)道振(zhen)動(dong)第三個原因是由機(ji)(ji)組本身的振(zhen)動(dong)引起。機(ji)(ji)組本身的動(dong)平(ping)衡性(xing)能差、安裝不對中、基(ji)礎及(ji)支承設計(ji)不當(dang)均(jun)會(hui)引起機(ji)(ji)組振(zhen)動(dong)，帶動(dong)管(guan)系振(zhen)動(dong)。
解決(jue)往復(fu)式壓(ya)縮機管(guan)(guan)(guan)系(xi)的氣流脈(mo)動(dong)與管(guan)(guan)(guan)道振(zhen)動(dong)問題，要從設計(ji)(ji)(ji)階段(duan)著手，應(ying)用(yong)振(zhen)動(dong)計(ji)(ji)(ji)算專用(yong)軟(ruan)件進行分(fen)析(xi)計(ji)(ji)(ji)算，將(jiang)管(guan)(guan)(guan)道振(zhen)動(dong)消滅在設計(ji)(ji)(ji)階段(duan)。振(zhen)動(dong)計(ji)(ji)(ji)算包括：氣柱固有頻率與氣動(dong)傳遞特性的計(ji)(ji)(ji)算；壓(ya)力脈(mo)動(dong)不均勻度沿管(guan)(guan)(guan)分(fen)布及(ji)譜分(fen)析(xi)；管(guan)(guan)(guan)系(xi)結構固有頻率、振(zhen)型分(fen)析(xi)、振(zhen)幅及(ji)動(dong)應(ying)力計(ji)(ji)(ji)算。
2. 管道振動的(de)機理與(yu)對策
管(guan)(guan)道(dao)系統之所以發(fa)生(sheng)振動是因為管(guan)(guan)道(dao)系統上(shang)作用有周期性的(de)(de)(de)激(ji)振力(li)。此(ci)激(ji)振力(li)通常源于管(guan)(guan)道(dao)內(nei)氣(qi)體壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)脈(mo)動（或稱波動）。對于端點(dian)安裝(zhuang)往復式壓(ya)縮(suo)機的(de)(de)(de)管(guan)(guan)系，壓(ya)力(li)脈(mo)動是無法避免的(de)(de)(de)，我們的(de)(de)(de)任務是將壓(ya)力(li)脈(mo)動控制在一(yi)定的(de)(de)(de)范圍(wei)內(nei)，不(bu)使其產生(sheng)有害振動。壓(ya)力(li)脈(mo)動在管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)轉彎處(chu)或在截面發(fa)生(sheng)變(bian)化處(chu)形成激(ji)振力(li)。這些力(li)在大(da)小、方向以及(ji)相位上(shang)各不(bu)相同(tong)，作用在管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)(de)彎頭和(he)變(bian)截面（如(ru)異徑接頭、閥門、三通等）處(chu)，激(ji)發(fa)管(guan)(guan)道(dao)作受迫振動。
壓縮機(ji)管道(dao)系統內(nei)各點的壓力脈動和振動取(qu)決于三個因素。
①. 壓縮機的(de)參數：包括轉(zhuan)速、活塞沖(chong)程、連桿(gan)長度(du)、氣缸直徑、流量、壓力、溫(wen)度(du)和緩(huan)沖(chong)器(qi)的(de)容積(ji)等。
②. 被壓縮(suo)的介質(zhi)的物理參數：包括分子量、絕熱指(zhi)數、溫度和壓力等(deng)。
③. 系統的(de)(de)幾何(he)配(pei)置(zhi)情況：包括各管段的(de)(de)長度(du)、外徑、壁厚(hou)、走向；分支(zhi)管的(de)(de)位(wei)置(zhi)；閥門的(de)(de)安裝(zhuang)位(wei)置(zhi)及其重量；各輔(fu)助設(she)備的(de)(de)位(wei)置(zhi)、外形尺寸；各支(zhi)承(cheng)的(de)(de)設(she)置(zhi)位(wei)置(zhi)和剛性(xing)等。
當上(shang)述三(san)個因素確定(ding)之后，系(xi)統(tong)內(nei)各點的壓(ya)力脈動(dong)和(he)振動(dong)情(qing)況也就(jiu)相應(ying)確定(ding)下來(lai)，由此(ci)可(ke)見(jian)，只要(yao)掌(zhang)握計算(suan)氣流壓(ya)力脈動(dong)及管道振動(dong)規律(lv)，不難設計出使壓(ya)力脈動(dong)和(he)振動(dong)均控制在安全、經濟范圍內(nei)的優質管道系(xi)統(tong)。
3. 振動(dong)分析所(suo)使用的控制標準
往復式壓縮機(ji)管(guan)(guan)系(xi)的振動分析(xi)應滿足：美(mei)國石油學(xue)會API618標準(zhun)關于脈動控制要求，保(bao)證壓縮機(ji)管(guan)(guan)系(xi)的氣流脈動不(bu)超過允許值；根據(ju)美(mei)國普渡(du)壓縮機(ji)技術協會關于機(ji)械振幅(fu)要求，保(bao)證機(ji)械振動全振幅(fu)不(bu)超過允許值。
美國石油學會制(zhi)定(ding)的(de)API618標準，從量上規定(ding)了對壓力脈動和振(zhen)動控(kong)制(zhi)的(de)設計要求。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間(jian)時，壓力不均勻(yun)度按下(xia)式計算：
②. 脈(mo)動頻率f按下式計算：
管道(dao)因振(zhen)(zhen)動(dong)而(er)損(sun)壞(huai)的可能性(xing)主要(yao)取決于振(zhen)(zhen)幅和(he)(he)頻(pin)率(lv)，也就(jiu)是取決于交變(bian)應力(li)的大小和(he)(he)循環次(ci)數(shu)。對溫(wen)度不超(chao)過370℃碳鋼(gang)和(he)(he)低合金(jin)鋼(gang)管道(dao)，設計疲勞強度不應超(chao)過50MPa。由壓力(li)脈動(dong)及其他(ta)荷載產(chan)生的綜合一(yi)次(ci)應力(li)不應超(chao)過管道(dao)的熱態許(xu)用應力(li)。
③. 根據(ju)美國石油協會API618的規定，緩(huan)沖(chong)器容積按下式(shi)計算：
4. 管道(dao)壓力脈(mo)動的控制(zhi)措(cuo)施
由(you)于往復式壓(ya)縮機(ji)間歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)吸排氣，管(guan)道內流體必然呈脈(mo)(mo)動狀態。進行壓(ya)力脈(mo)(mo)動分(fen)析不可能完全(quan)消除壓(ya)力的(de)脈(mo)(mo)動，而是將其控制在(zai)允許的(de)范(fan)圍內［參(can)見式（9-6）］。
壓力脈動(dong)的控制(zhi)措施(shi)如下。
①. 首先要進行氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)(lv)的計算(suan)，使氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)(lv)（至少前三階）與活(huo)塞激發(fa)頻率(lv)(lv)(lv)錯開(kai)，從而(er)避(bi)開(kai)氣(qi)(qi)柱(zhu)共(gong)振。影響氣(qi)(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)(lv)的因素(su)除介質的組(zu)分(fen)外有(you)緩沖器的尺(chi)寸與位(wei)(wei)置、管(guan)徑(jing)的大(da)小(xiao)、管(guan)系(xi)的分(fen)支(zhi)的多少與位(wei)(wei)置、各管(guan)段(duan)的長度、孔板及其安(an)裝位(wei)(wei)置、各管(guan)段(duan)的端(duan)點條件等。
②. 合理(li)設計(ji)緩沖器并安裝在盡量靠(kao)近氣缸(gang)的(de)位置。緩沖器是最簡單而有(you)效的(de)消振措(cuo)施(shi)。它能使緩沖器后面的(de)管道內的(de)氣流(liu)變(bian)得(de)緩和，其作用與(yu)柔性分析(xi)中的(de)補償器相似。
要達到理想的(de)(de)減振效(xiao)果，緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)應有(you)(you)足(zu)夠的(de)(de)容積(ji)［可參照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)有(you)(you)兩(liang)種形式：一(yi)種是簡單的(de)(de)無內件的(de)(de)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)，另一(yi)種是有(you)(you)內件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)。采用內件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)可以更有(you)(you)效(xiao)地控制緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)后的(de)(de)管道內的(de)(de)壓力脈動，適(shi)當(dang)減少(shao)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)容積(ji)，但同時會(hui)增大阻力降。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)安裝應盡量靠(kao)近(jin)氣缸，對(dui)上進氣下排氣的(de)(de)壓縮(suo)機(ji)，入口緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)應布(bu)置(zhi)在(zai)氣缸上方，并盡量靠(kao)近(jin)氣缸。出口緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)應布(bu)置(zhi)在(zai)氣缸的(de)(de)正下方并盡量靠(kao)近(jin)氣缸。
③. 合理的(de)(de)(de)增設消(xiao)振孔(kong)(kong)板(ban)。在容(rong)器(qi)的(de)(de)(de)入口處(chu)加(jia)裝適當尺寸的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)板(ban)，可以(yi)(yi)將該管段內的(de)(de)(de)壓(ya)力駐波變(bian)成行波，使管道尾端不(bu)再具(ju)有反射條件，從而(er)降(jiang)低了壓(ya)力不(bu)均勻度，達到(dao)減輕(qing)管道振動的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。加(jia)裝消(xiao)振孔(kong)(kong)板(ban)同(tong)時(shi)(shi)又產生局(ju)部阻力損失，所(suo)以(yi)(yi)壓(ya)縮機制造(zao)(zao)廠在確定緩沖器(qi)容(rong)積時(shi)(shi)一般不(bu)應(ying)考(kao)慮加(jia)裝孔(kong)(kong)板(ban)，但當緩沖器(qi)容(rong)積過大無法制造(zao)(zao)安(an)裝時(shi)(shi)，也(ye)可考(kao)慮加(jia)裝孔(kong)(kong)板(ban)，同(tong)時(shi)(shi)需對孔(kong)(kong)板(ban)的(de)(de)(de)局(ju)部阻力損失進(jin)行核算。
消振孔(kong)(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)孔(kong)(kong)徑(jing)比要(yao)經壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)計(ji)算確定，一(yi)般(ban)孔(kong)(kong)徑(jing)比為0.43～0.5，孔(kong)(kong)板(ban)(ban)厚(hou)度為3～5mm，孔(kong)(kong)板(ban)(ban)內徑(jing)邊緣處必須保留銳利(li)棱角(jiao)，不得倒角(jiao)，否則(ze)效果要(yao)降低。孔(kong)(kong)板(ban)(ban)太厚(hou)會增大局部阻力(li)損失，并產(chan)生噪聲。孔(kong)(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)材料與管道(dao)相(xiang)同(tong)。孔(kong)(kong)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)形(xing)式與法蘭的(de)(de)(de)密封面(mian)相(xiang)適應。消振孔(kong)(kong)板(ban)(ban)通常安裝在緩沖器的(de)(de)(de)進(jin)出口管口處。
④. 設置集(ji)管(guan)(guan)器(qi)。并(bing)機(ji)運行的(de)(de)管(guan)(guan)道在匯合(he)處(chu)脈(mo)動(dong)量會相(xiang)互疊(die)加，疊(die)加的(de)(de)結果(guo)，有(you)(you)時相(xiang)互抵消，有(you)(you)時相(xiang)互加強(qiang)，這(zhe)就要看投(tou)入運行的(de)(de)壓縮機(ji)的(de)(de)曲柄(bing)錯(cuo)角，如(ru)果(guo)相(xiang)位(wei)一致(zhi)則加強(qiang)，相(xiang)位(wei)相(xiang)反則減弱(ruo)。為避免在多機(ji)匯合(he)處(chu)產生過大脈(mo)動(dong)值，在匯合(he)處(chu)設置集(ji)管(guan)(guan)器(qi)，其尺(chi)寸太小不影響(xiang)緩沖作(zuo)用。集(ji)管(guan)(guan)器(qi)的(de)(de)設計原則是(shi)：集(ji)管(guan)(guan)器(qi)的(de)(de)通流面(mian)積(ji)，應(ying)大于(yu)所有(you)(you)進氣管(guan)(guan)通流面(mian)積(ji)總和的(de)(de)3倍。
⑤. 控(kong)制(zhi)管系各管段的(de)壓(ya)力脈(mo)動值(zhi)，使其不超過式（9-6）的(de)計(ji)算(suan)值(zhi)。當(dang)主(zhu)管道上(shang)的(de)壓(ya)力不均勻度超標時(shi)，首先核算(suan)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器容(rong)(rong)積，緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器容(rong)(rong)積不夠時(shi)，加(jia)(jia)大緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器容(rong)(rong)積，如果緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器已制(zhi)造(zao)(zao)完畢(bi)或(huo)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器太大難以制(zhi)造(zao)(zao)時(shi)，采取(qu)加(jia)(jia)裝消振孔板(ban)(ban)方法。當(dang)分支(zhi)(zhi)管（如跨線、放空(kong)線等）脈(mo)動值(zhi)超標時(shi)，可適當(dang)加(jia)(jia)大該(gai)管管徑或(huo)在該(gai)分支(zhi)(zhi)的(de)適當(dang)位(wei)置加(jia)(jia)裝孔板(ban)(ban)。如果該(gai)分支(zhi)(zhi)的(de)末(mo)端為(wei)盲板(ban)(ban)或(huo)關閉的(de)閥(fa)門，應考慮改變該(gai)管段的(de)長度。
在整個管系脈動(dong)(dong)值都控制(zhi)在允許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內后(hou)，再(zai)進行管系結構振(zhen)動(dong)(dong)的(de)計算，將機械振(zhen)動(dong)(dong)的(de)振(zhen)幅和動(dong)(dong)應力控制(zhi)在允許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內。
5. 管(guan)道(dao)振動的控制措施
①. 進(jin)行管(guan)系的機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)計(ji)算(suan)，使(shi)機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)（至少前三(san)階）與活塞(sai)激發頻率(lv)(lv)錯(cuo)(cuo)開并(bing)與氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)（至少前三(san)階）錯(cuo)(cuo)開。通(tong)常對于中(zhong)、低壓(ya)管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)不(bu)低于24Hz；對高壓(ya)管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械固(gu)(gu)有(you)頻率(lv)(lv)不(bu)低于28Hz。
②. 在管(guan)道(dao)柔性分析滿足(zu)的(de)前提(ti)下，應盡量減少(shao)轉(zhuan)彎，因為過多的(de)轉(zhuan)彎會減小管(guan)系的(de)剛度(du)，使管(guan)系的(de)機械固有頻率降(jiang)低(di)，并且在彎頭(tou)處產生(sheng)(sheng)激振(zhen)力，從而發生(sheng)(sheng)振(zhen)動。
③. 支(zhi)架應采取防振管(guan)卡，而不能只為承(cheng)重或止推。因為防振管(guan)卡可(ke)以(yi)約(yue)束X、Y、Z三(san)個方(fang)向(xiang)的(de)線(xian)位(wei)(wei)移(yi)，對直(zhi)徑較小的(de)管(guan)子甚至可(ke)以(yi)約(yue)束RX、RY、RZ三(san)個角(jiao)位(wei)(wei)移(yi)，而承(cheng)重或止推架卻只能約(yue)束一個方(fang)向(xiang)的(de)線(xian)位(wei)(wei)移(yi)。為保證管(guan)道與(yu)管(guan)卡充(chong)分接觸，在(zai)管(guan)卡與(yu)管(guan)道之(zhi)間(jian)墊石棉(mian)橡膠(jiao)板(ban)。
④. 支(zhi)架的間距應滿足最小頻率(lv)的要求。
⑤. 管道應盡量沿(yan)地(di)面敷設，便于設置支(zhi)(zhi)架，管道過高(gao)則支(zhi)(zhi)架難以生根，同(tong)時(shi)支(zhi)(zhi)架的(de)剛(gang)(gang)度很難保證(zheng)。支(zhi)(zhi)架的(de)剛(gang)(gang)度可參照(zhao)表9-15。
對于較(jiao)高(gao)的支架宜采用(yong)框(kuang)架結構，單(dan)根立柱(zhu)剛度較(jiao)小。
⑥. 為(wei)防止(zhi)機(ji)組(zu)的(de)轉動(dong)(dong)不(bu)平衡(heng)力引起管系振動(dong)(dong)，進(jin)出口緩沖器要有(you)牢固的(de)支(zhi)承，靠近壓(ya)縮機(ji)的(de)管段的(de)支(zhi)架應重點(dian)考慮。
⑦. 在閥門(men)等集中質量(liang)處應(ying)加支架，因(yin)為集中質量(liang)處振動頻率低。
6. 氣體的壓力脈動
往(wang)復壓(ya)縮機(ji)的活塞在(zai)氣(qi)缸中進行周期性往(wang)復運動，引(yin)起吸(xi)排氣(qi)呈間歇性和周期性，管(guan)內氣(qi)體壓(ya)力(li)不但隨位置變化(hua)，而且隨時間作周期性變化(hua)，這種現象稱為氣(qi)體壓(ya)力(li)脈動。壓(ya)力(li)脈動的大小通常用(yong)壓(ya)力(li)不均勻(yun)度來(lai)衡(heng)量。壓(ya)力(li)不均勻(yun)度的表達式如下：
