1. 往復式壓縮機管系的特(te)點
往(wang)復(fu)式壓(ya)(ya)縮機(ji)(ji)的(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)特點是吸(xi)、排氣(qi)流呈間(jian)歇性(xing)(xing)和(he)(he)周期(qi)性(xing)(xing)，因此(ci)不可(ke)避免的(de)(de)要激(ji)發進、出口(kou)管道內的(de)(de)流體(ti)呈脈(mo)(mo)動(dong)(dong)狀態，使管內流體(ti)參(can)數（如(ru)壓(ya)(ya)力、速(su)度、密度等(deng)）隨(sui)位(wei)置及(ji)時間(jian)作(zuo)(zuo)(zuo)周期(qi)性(xing)(xing)變化(hua)。這(zhe)種現(xian)象稱為氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)(dong)流體(ti)沿管道輸送(song)時，遇到彎頭、異徑(jing)管、分支管、閥門、盲板等(deng)元件將產(chan)生隨(sui)時間(jian)變化(hua)的(de)(de)激(ji)振力，受該(gai)激(ji)振力作(zuo)(zuo)(zuo)用，管系(xi)便產(chan)生一定的(de)(de)機(ji)(ji)械振動(dong)(dong)響應。壓(ya)(ya)力脈(mo)(mo)動(dong)(dong)越(yue)大，管道振動(dong)(dong)的(de)(de)振幅和(he)(he)動(dong)(dong)應力越(yue)大。強烈的(de)(de)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)氣(qi)流會嚴重地影響氣(qi)閥的(de)(de)正常(chang)開(kai)閉，減小工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)效(xiao)率(lv)，此(ci)外，還會引起管系(xi)的(de)(de)機(ji)(ji)械振動(dong)(dong)，造成(cheng)管件疲(pi)勞破壞(huai)，發生泄(xie)漏(lou)，甚至造成(cheng)火災爆炸等(deng)重大事故。因此(ci)降(jiang)低氣(qi)流脈(mo)(mo)動(dong)(dong)是往(wang)復(fu)式壓(ya)(ya)縮機(ji)(ji)配管設計的(de)(de)主要任務之一。
管(guan)(guan)道振動的(de)(de)(de)第二個(ge)原因是共振。管(guan)(guan)道內(nei)氣(qi)(qi)(qi)體構(gou)(gou)成一個(ge)系統，稱(cheng)為氣(qi)(qi)(qi)柱。氣(qi)(qi)(qi)柱本身具有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)稱(cheng)為氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)。活塞往復運動的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)稱(cheng)為激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)。管(guan)(guan)道及其組成件組成一個(ge)系統，該系統結構(gou)(gou)本身具有(you)(you)(you)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)稱(cheng)為管(guan)(guan)系機(ji)械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)。在(zai)工程上常把（0.8～1.2）f的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)范圍作(zuo)為共振區(qu)。當氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)落(luo)在(zai)激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振區(qu)內(nei)時，發生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)柱共振，產生(sheng)較(jiao)大(da)壓力脈(mo)動。管(guan)(guan)系機(ji)械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)落(luo)在(zai)激(ji)(ji)發頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振區(qu)或氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振區(qu)時，發生(sheng)結構(gou)(gou)共振。因此配管(guan)(guan)設計必(bi)須避免發生(sheng)氣(qi)(qi)(qi)柱及結構(gou)(gou)的(de)(de)(de)共振，即(ji)調整氣(qi)(qi)(qi)柱固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)和管(guan)(guan)系機(ji)械(xie)固(gu)有(you)(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)(pin)(pin)率(lv)。
管道振(zhen)動(dong)第三個原(yuan)因是由機組(zu)(zu)本身的(de)(de)振(zhen)動(dong)引起。機組(zu)(zu)本身的(de)(de)動(dong)平(ping)衡性能差、安裝(zhuang)不對中(zhong)、基(ji)礎及支承設計(ji)不當均會引起機組(zu)(zu)振(zhen)動(dong)，帶動(dong)管系振(zhen)動(dong)。
解決往復式壓縮機管(guan)系的氣流脈動(dong)(dong)與(yu)管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)問題，要(yao)從設計(ji)(ji)階段著手，應用振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算專用軟件進行(xing)分析計(ji)(ji)算，將管(guan)道振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)消滅(mie)在設計(ji)(ji)階段。振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算包括：氣柱(zhu)固(gu)有(you)頻率與(yu)氣動(dong)(dong)傳遞特性的計(ji)(ji)算；壓力脈動(dong)(dong)不均勻(yun)度沿管(guan)分布及(ji)譜(pu)分析；管(guan)系結構(gou)固(gu)有(you)頻率、振(zhen)(zhen)型分析、振(zhen)(zhen)幅及(ji)動(dong)(dong)應力計(ji)(ji)算。
2. 管(guan)道(dao)振動(dong)的機理與對(dui)策(ce)
管(guan)(guan)道系統(tong)之所(suo)以(yi)(yi)發生振動(dong)是(shi)(shi)因為管(guan)(guan)道系統(tong)上(shang)作用有周(zhou)期性的(de)(de)(de)(de)激振力(li)(li)。此激振力(li)(li)通(tong)常源于管(guan)(guan)道內(nei)氣體壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)（或稱(cheng)波(bo)動(dong)）。對于端點安(an)裝往復(fu)式壓(ya)縮機的(de)(de)(de)(de)管(guan)(guan)系，壓(ya)力(li)(li)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)是(shi)(shi)無法避(bi)免的(de)(de)(de)(de)，我(wo)們(men)的(de)(de)(de)(de)任務是(shi)(shi)將壓(ya)力(li)(li)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)控(kong)制在(zai)(zai)一定的(de)(de)(de)(de)范圍內(nei)，不使其產生有害振動(dong)。壓(ya)力(li)(li)脈(mo)(mo)(mo)動(dong)在(zai)(zai)管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)(de)轉彎處(chu)或在(zai)(zai)截面發生變(bian)化處(chu)形成激振力(li)(li)。這些力(li)(li)在(zai)(zai)大小、方向(xiang)以(yi)(yi)及(ji)相位上(shang)各不相同，作用在(zai)(zai)管(guan)(guan)道的(de)(de)(de)(de)彎頭和變(bian)截面（如異徑接頭、閥門、三(san)通(tong)等）處(chu)，激發管(guan)(guan)道作受迫振動(dong)。
壓縮機(ji)管(guan)道系(xi)統(tong)內(nei)各點(dian)的(de)壓力脈動(dong)和振動(dong)取決于三個因素。
①. 壓(ya)(ya)縮機的(de)參數：包括轉速、活(huo)塞沖程、連桿長度、氣(qi)缸直(zhi)徑(jing)、流量(liang)、壓(ya)(ya)力(li)、溫度和緩(huan)沖器(qi)的(de)容積等。
②. 被壓(ya)縮(suo)的介質的物(wu)理參數(shu)：包括分子量、絕熱指數(shu)、溫度和壓(ya)力等。
③. 系統的幾(ji)何配置情況：包括各(ge)管段的長(chang)度、外徑、壁厚、走向；分支(zhi)管的位置；閥門的安(an)裝位置及其重(zhong)量；各(ge)輔助(zhu)設備的位置、外形尺寸；各(ge)支(zhi)承的設置位置和剛性等(deng)。
當(dang)上述三個因素確定之(zhi)后，系統內各點的(de)壓(ya)(ya)力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)和(he)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)情況也就相應確定下來(lai)，由此可見，只要掌握計算氣流壓(ya)(ya)力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)及(ji)管(guan)道振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)規律，不難設(she)計出使壓(ya)(ya)力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)和(he)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)均控制在安全(quan)、經(jing)濟范(fan)圍內的(de)優質管(guan)道系統。
3. 振(zhen)動分析所(suo)使(shi)用(yong)的控(kong)制標(biao)準(zhun)
往(wang)復式壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)管系的(de)振(zhen)動(dong)分(fen)析(xi)應(ying)滿足：美國(guo)石油學會API618標準(zhun)關于脈動(dong)控制要求，保證壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)管系的(de)氣流(liu)脈動(dong)不超過允(yun)許值；根(gen)據美國(guo)普渡壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)技(ji)術協會關于機(ji)(ji)械振(zhen)幅要求，保證機(ji)(ji)械振(zhen)動(dong)全振(zhen)幅不超過允(yun)許值。
美國石油學會制定的API618標準，從量(liang)上規定了對壓力脈動和振動控制的設計要求。
①. 當壓(ya)力在0.35～20.7MPa之間時，壓(ya)力不均勻度按下式計算：
②. 脈動(dong)頻率f按下式(shi)計算：
管(guan)道因振(zhen)(zhen)動而損壞的(de)(de)可能性主要取(qu)決于振(zhen)(zhen)幅(fu)和(he)頻率(lv)，也就是取(qu)決于交變應(ying)(ying)力的(de)(de)大小和(he)循(xun)環次(ci)(ci)數。對溫度不超(chao)過(guo)370℃碳鋼和(he)低(di)合(he)金鋼管(guan)道，設(she)計(ji)疲勞強度不應(ying)(ying)超(chao)過(guo)50MPa。由壓力脈(mo)動及其他荷載產生的(de)(de)綜合(he)一次(ci)(ci)應(ying)(ying)力不應(ying)(ying)超(chao)過(guo)管(guan)道的(de)(de)熱態許用應(ying)(ying)力。
③. 根(gen)據美國石(shi)油協會API618的規定，緩沖器容積按下(xia)式計算：
4. 管道壓力(li)脈(mo)動的控制措(cuo)施(shi)
由(you)于(yu)往復式(shi)壓(ya)縮(suo)機間歇性(xing)和周期性(xing)吸(xi)排氣(qi)，管道內流體必然(ran)呈脈(mo)(mo)動(dong)狀(zhuang)態。進行壓(ya)力脈(mo)(mo)動(dong)分析不可能完全消除壓(ya)力的脈(mo)(mo)動(dong)，而(er)是將其控(kong)制在允許的范圍(wei)內［參見(jian)式(shi)（9-6）］。
壓力(li)脈(mo)動的控(kong)制措(cuo)施如下(xia)。
①. 首先(xian)要進(jin)行氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)計算，使氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率(lv)（至少前三階）與活(huo)塞激(ji)發頻(pin)率(lv)錯開，從而避開氣(qi)柱共振(zhen)。影響(xiang)氣(qi)柱固(gu)有頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)因(yin)素(su)除介質的(de)(de)(de)組分外有緩沖器的(de)(de)(de)尺寸與位(wei)(wei)置、管徑(jing)的(de)(de)(de)大小、管系的(de)(de)(de)分支(zhi)的(de)(de)(de)多少與位(wei)(wei)置、各管段的(de)(de)(de)長(chang)度、孔板及(ji)其安裝位(wei)(wei)置、各管段的(de)(de)(de)端點條件等。
②. 合(he)理設計緩沖器并安裝在盡量(liang)靠近氣缸的(de)(de)位置。緩沖器是最簡單而(er)有效的(de)(de)消振(zhen)措施。它能使(shi)緩沖器后面(mian)的(de)(de)管道內的(de)(de)氣流變得(de)緩和(he)，其作用與柔性分析中的(de)(de)補償(chang)器相似。
要達(da)到理想的(de)(de)(de)減(jian)振(zhen)效果，緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應有足夠的(de)(de)(de)容(rong)積［可參照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)有兩種(zhong)形式：一種(zhong)是簡單的(de)(de)(de)無內件的(de)(de)(de)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)，另(ling)一種(zhong)是有內件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)。采用(yong)內件濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)可以(yi)更有效地(di)控制(zhi)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)后(hou)的(de)(de)(de)管道內的(de)(de)(de)壓力(li)脈動，適(shi)當減(jian)少緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)(de)容(rong)積，但同時會(hui)增大阻力(li)降。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)的(de)(de)(de)安裝應盡量靠近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)，對上(shang)進(jin)氣(qi)(qi)下(xia)排氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)壓縮機(ji)，入口(kou)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應布(bu)置在氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)上(shang)方，并盡量靠近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)。出口(kou)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)應布(bu)置在氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)的(de)(de)(de)正下(xia)方并盡量靠近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)(gang)。
③. 合理(li)的(de)(de)(de)增設消(xiao)振(zhen)孔板(ban)(ban)。在容器(qi)的(de)(de)(de)入(ru)口處加裝適當尺寸(cun)的(de)(de)(de)孔板(ban)(ban)，可(ke)以(yi)將該管段內的(de)(de)(de)壓(ya)力駐波變成行波，使管道(dao)(dao)尾端不再具(ju)有反射條(tiao)件，從而降低(di)了壓(ya)力不均勻(yun)度，達到減輕管道(dao)(dao)振(zhen)動(dong)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。加裝消(xiao)振(zhen)孔板(ban)(ban)同(tong)時(shi)又產生(sheng)局部阻(zu)力損(sun)失(shi)，所以(yi)壓(ya)縮機制造廠(chang)在確定緩沖器(qi)容積(ji)時(shi)一(yi)般不應考(kao)慮加裝孔板(ban)(ban)，但當緩沖器(qi)容積(ji)過(guo)大無法制造安裝時(shi)，也(ye)可(ke)考(kao)慮加裝孔板(ban)(ban)，同(tong)時(shi)需對孔板(ban)(ban)的(de)(de)(de)局部阻(zu)力損(sun)失(shi)進行核算。
消(xiao)振孔板的(de)孔徑比要經壓力(li)脈動計(ji)算確定，一般孔徑比為0.43～0.5，孔板厚(hou)度(du)為3～5mm，孔板內徑邊緣處必須保留銳利(li)棱(leng)角，不得倒角，否則效果(guo)要降低。孔板太厚(hou)會增大局(ju)部阻力(li)損失，并產生(sheng)噪(zao)聲。孔板的(de)材(cai)料(liao)與(yu)管(guan)道相(xiang)(xiang)同。孔板的(de)形式與(yu)法蘭的(de)密封面相(xiang)(xiang)適應。消(xiao)振孔板通常安裝在緩沖器的(de)進出(chu)口(kou)管(guan)口(kou)處。
④. 設(she)置(zhi)集管器(qi)。并機(ji)運行的管道(dao)在(zai)(zai)匯合處(chu)脈(mo)(mo)動量會相(xiang)互疊(die)加(jia)(jia)，疊(die)加(jia)(jia)的結(jie)果(guo)，有(you)時相(xiang)互抵消，有(you)時相(xiang)互加(jia)(jia)強，這就要看投入運行的壓(ya)縮機(ji)的曲柄錯角，如果(guo)相(xiang)位(wei)一致則加(jia)(jia)強，相(xiang)位(wei)相(xiang)反則減弱。為避免在(zai)(zai)多機(ji)匯合處(chu)產生(sheng)過大脈(mo)(mo)動值，在(zai)(zai)匯合處(chu)設(she)置(zhi)集管器(qi)，其尺寸太小(xiao)不影(ying)響緩沖作用。集管器(qi)的設(she)計原則是：集管器(qi)的通流面積(ji)(ji)，應大于所有(you)進氣管通流面積(ji)(ji)總和的3倍(bei)。
⑤. 控制管系各管段的(de)(de)壓力脈動值，使其不(bu)(bu)超過式(shi)（9-6）的(de)(de)計算(suan)值。當主管道上的(de)(de)壓力不(bu)(bu)均(jun)勻度超標時，首先核(he)算(suan)緩沖(chong)器(qi)容積，緩沖(chong)器(qi)容積不(bu)(bu)夠時，加大(da)緩沖(chong)器(qi)容積，如(ru)(ru)果(guo)(guo)緩沖(chong)器(qi)已制造(zao)完畢(bi)或緩沖(chong)器(qi)太(tai)大(da)難(nan)以制造(zao)時，采取加裝(zhuang)(zhuang)消(xiao)振孔板(ban)方法。當分(fen)支管（如(ru)(ru)跨(kua)線、放空線等）脈動值超標時，可適(shi)當加大(da)該(gai)(gai)管管徑(jing)或在該(gai)(gai)分(fen)支的(de)(de)適(shi)當位(wei)置加裝(zhuang)(zhuang)孔板(ban)。如(ru)(ru)果(guo)(guo)該(gai)(gai)分(fen)支的(de)(de)末端(duan)為盲板(ban)或關閉(bi)的(de)(de)閥門，應考慮改(gai)變該(gai)(gai)管段的(de)(de)長度。
在(zai)整個管系脈動(dong)值都控制(zhi)在(zai)允許的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)后，再進行管系結構振動(dong)的(de)(de)(de)計算，將機械振動(dong)的(de)(de)(de)振幅和(he)動(dong)應力(li)控制(zhi)在(zai)允許的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內(nei)。
5. 管道振動的控制措施
①. 進行(xing)管(guan)系的機(ji)械(xie)固有頻(pin)率計(ji)算，使機(ji)械(xie)固有頻(pin)率（至少(shao)前(qian)三(san)階(jie)）與活(huo)塞(sai)激(ji)發頻(pin)率錯開并與氣(qi)柱(zhu)固有頻(pin)率（至少(shao)前(qian)三(san)階(jie)）錯開。通常對于(yu)中(zhong)、低壓(ya)管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械(xie)固有頻(pin)率不低于(yu)24Hz；對高(gao)壓(ya)管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機(ji)械(xie)固有頻(pin)率不低于(yu)28Hz。
②. 在(zai)管(guan)道柔性(xing)分析滿足的(de)前提下(xia)，應盡(jin)量減少轉彎，因為過多的(de)轉彎會(hui)減小管(guan)系的(de)剛度，使管(guan)系的(de)機械固有頻率降低，并且在(zai)彎頭處產(chan)生激振力，從而發生振動。
③. 支架應采取防振管(guan)卡(ka)，而(er)不(bu)能只為(wei)承重或(huo)止推。因為(wei)防振管(guan)卡(ka)可(ke)以(yi)約束(shu)X、Y、Z三(san)個(ge)方向(xiang)的(de)線位移(yi)，對直徑較小的(de)管(guan)子甚(shen)至(zhi)可(ke)以(yi)約束(shu)RX、RY、RZ三(san)個(ge)角位移(yi)，而(er)承重或(huo)止推架卻(que)只能約束(shu)一個(ge)方向(xiang)的(de)線位移(yi)。為(wei)保證管(guan)道與管(guan)卡(ka)充分接(jie)觸，在(zai)管(guan)卡(ka)與管(guan)道之間墊石棉橡膠板。
④. 支架的(de)間距應滿足最小頻率的(de)要求。
⑤. 管道應盡量沿(yan)地面敷設，便于設置支(zhi)(zhi)架(jia)，管道過(guo)高則支(zhi)(zhi)架(jia)難(nan)以(yi)生根，同時支(zhi)(zhi)架(jia)的剛(gang)(gang)度很(hen)難(nan)保證。支(zhi)(zhi)架(jia)的剛(gang)(gang)度可參照表9-15。
對于較高的支架宜采用框(kuang)架結構，單根立柱剛度(du)較小。
⑥. 為(wei)防(fang)止機組的轉動不平(ping)衡力引(yin)起(qi)管系振動，進出口緩沖器(qi)要有牢固的支(zhi)(zhi)承，靠近壓縮機的管段的支(zhi)(zhi)架應重點考慮(lv)。
⑦. 在閥門等集中(zhong)質量處應加支架，因(yin)為集中(zhong)質量處振動頻率低。
6. 氣體的壓(ya)力脈動(dong)
往(wang)復壓縮機的(de)(de)活塞在(zai)氣(qi)缸中進行周(zhou)期(qi)性往(wang)復運動(dong)，引(yin)起吸排氣(qi)呈間歇性和周(zhou)期(qi)性，管內氣(qi)體壓力(li)(li)不(bu)但隨(sui)位(wei)置變化，而且隨(sui)時間作周(zhou)期(qi)性變化，這種現象稱(cheng)為氣(qi)體壓力(li)(li)脈動(dong)。壓力(li)(li)脈動(dong)的(de)(de)大(da)小通常(chang)用(yong)壓力(li)(li)不(bu)均(jun)勻(yun)(yun)度來衡量(liang)。壓力(li)(li)不(bu)均(jun)勻(yun)(yun)度的(de)(de)表達式(shi)如(ru)下：
