1. 往復式壓(ya)縮(suo)機(ji)管系的特(te)點(dian)
往復(fu)式壓縮(suo)機(ji)的(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)特點是吸、排氣流(liu)呈間歇(xie)性和周期性，因此(ci)不可避免的(de)(de)(de)要(yao)激(ji)發進、出口管(guan)(guan)(guan)道(dao)內的(de)(de)(de)流(liu)體(ti)呈脈(mo)(mo)動(dong)狀態(tai)，使管(guan)(guan)(guan)內流(liu)體(ti)參數（如壓力(li)(li)(li)、速度(du)、密度(du)等(deng)）隨(sui)(sui)位置及時間作(zuo)(zuo)周期性變化。這種現(xian)象稱為氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)流(liu)體(ti)沿(yan)管(guan)(guan)(guan)道(dao)輸送時，遇到彎頭(tou)、異徑管(guan)(guan)(guan)、分支(zhi)管(guan)(guan)(guan)、閥門、盲板等(deng)元(yuan)件將產(chan)生(sheng)隨(sui)(sui)時間變化的(de)(de)(de)激(ji)振力(li)(li)(li)，受該激(ji)振力(li)(li)(li)作(zuo)(zuo)用，管(guan)(guan)(guan)系便產(chan)生(sheng)一(yi)定的(de)(de)(de)機(ji)械振動(dong)響應(ying)。壓力(li)(li)(li)脈(mo)(mo)動(dong)越大(da)，管(guan)(guan)(guan)道(dao)振動(dong)的(de)(de)(de)振幅和動(dong)應(ying)力(li)(li)(li)越大(da)。強烈(lie)的(de)(de)(de)脈(mo)(mo)動(dong)氣流(liu)會嚴重地影響氣閥的(de)(de)(de)正(zheng)常開閉，減小工(gong)作(zuo)(zuo)效率，此(ci)外(wai)，還會引起管(guan)(guan)(guan)系的(de)(de)(de)機(ji)械振動(dong)，造(zao)(zao)成(cheng)管(guan)(guan)(guan)件疲勞破壞，發生(sheng)泄(xie)漏，甚(shen)至(zhi)造(zao)(zao)成(cheng)火災爆炸(zha)等(deng)重大(da)事故。因此(ci)降低氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)是往復(fu)式壓縮(suo)機(ji)配管(guan)(guan)(guan)設計的(de)(de)(de)主要(yao)任務之一(yi)。
管(guan)(guan)道振(zhen)(zhen)(zhen)動的(de)(de)(de)第二個(ge)(ge)原(yuan)因是(shi)共振(zhen)(zhen)(zhen)。管(guan)(guan)道內(nei)氣(qi)體構(gou)成一(yi)(yi)個(ge)(ge)系(xi)(xi)(xi)(xi)統，稱為(wei)氣(qi)柱(zhu)。氣(qi)柱(zhu)本身(shen)具(ju)有的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。活塞往復運動的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。管(guan)(guan)道及(ji)(ji)其組成件組成一(yi)(yi)個(ge)(ge)系(xi)(xi)(xi)(xi)統，該系(xi)(xi)(xi)(xi)統結(jie)(jie)構(gou)本身(shen)具(ju)有的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)稱為(wei)管(guan)(guan)系(xi)(xi)(xi)(xi)機(ji)械(xie)固(gu)有頻(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)率(lv)范圍作為(wei)共振(zhen)(zhen)(zhen)區(qu)。當氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)區(qu)內(nei)時，發(fa)生氣(qi)柱(zhu)共振(zhen)(zhen)(zhen)，產生較(jiao)大壓力脈動。管(guan)(guan)系(xi)(xi)(xi)(xi)機(ji)械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)落在(zai)激發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)區(qu)或氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)區(qu)時，發(fa)生結(jie)(jie)構(gou)共振(zhen)(zhen)(zhen)。因此配管(guan)(guan)設計必須避免發(fa)生氣(qi)柱(zhu)及(ji)(ji)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)共振(zhen)(zhen)(zhen)，即調整氣(qi)柱(zhu)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)和管(guan)(guan)系(xi)(xi)(xi)(xi)機(ji)械(xie)固(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)。
管(guan)道振動(dong)(dong)第三個原(yuan)因是(shi)由機組本身的振動(dong)(dong)引起。機組本身的動(dong)(dong)平衡性(xing)能差、安裝不(bu)對中、基礎及支承設計不(bu)當均會(hui)引起機組振動(dong)(dong)，帶動(dong)(dong)管(guan)系振動(dong)(dong)。
解決往(wang)復(fu)式壓縮(suo)機管系的氣流脈動(dong)(dong)與管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)問(wen)題，要從設(she)(she)計(ji)(ji)階(jie)段著手(shou)，應用振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算專用軟件進行(xing)分析(xi)(xi)計(ji)(ji)算，將管道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)消滅(mie)在設(she)(she)計(ji)(ji)階(jie)段。振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)計(ji)(ji)算包括：氣柱固有(you)頻(pin)率(lv)與氣動(dong)(dong)傳遞(di)特(te)性的計(ji)(ji)算；壓力脈動(dong)(dong)不(bu)均(jun)勻度(du)沿管分布及譜(pu)分析(xi)(xi)；管系結構固有(you)頻(pin)率(lv)、振(zhen)(zhen)型分析(xi)(xi)、振(zhen)(zhen)幅(fu)及動(dong)(dong)應力計(ji)(ji)算。
2. 管道振動(dong)的(de)機理(li)與對策
管(guan)(guan)道(dao)系統(tong)之所以(yi)發生(sheng)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)是因為管(guan)(guan)道(dao)系統(tong)上(shang)(shang)作(zuo)用(yong)有(you)周期性(xing)的(de)(de)激振(zhen)(zhen)力(li)。此(ci)激振(zhen)(zhen)力(li)通常源于管(guan)(guan)道(dao)內氣體壓(ya)力(li)的(de)(de)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)（或(huo)稱(cheng)波動(dong)(dong)(dong)）。對(dui)于端點安裝往復式壓(ya)縮機(ji)的(de)(de)管(guan)(guan)系，壓(ya)力(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)是無(wu)法避免的(de)(de)，我(wo)們的(de)(de)任務(wu)是將壓(ya)力(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)控(kong)制(zhi)在一定的(de)(de)范圍內，不使(shi)其產生(sheng)有(you)害(hai)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)。壓(ya)力(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)在管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)轉彎處(chu)或(huo)在截面(mian)發生(sheng)變化處(chu)形成(cheng)激振(zhen)(zhen)力(li)。這些(xie)力(li)在大小、方向以(yi)及相(xiang)位上(shang)(shang)各不相(xiang)同(tong)，作(zuo)用(yong)在管(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)彎頭和變截面(mian)（如異(yi)徑(jing)接頭、閥門、三通等）處(chu)，激發管(guan)(guan)道(dao)作(zuo)受(shou)迫振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)。
壓縮機管道系統內各點的壓力脈動和振動取決于三個因素。
①. 壓縮機(ji)的參數：包括轉速、活塞沖程、連桿長度(du)、氣缸直徑、流量、壓力(li)、溫度(du)和(he)緩沖器的容積(ji)等。
②. 被壓縮(suo)的(de)介質的(de)物理參數：包(bao)括分子量、絕熱指(zhi)數、溫度和壓力等。
③. 系統(tong)的(de)幾(ji)何配置(zhi)(zhi)情況：包括各管(guan)段的(de)長度、外徑、壁厚、走向；分支(zhi)(zhi)管(guan)的(de)位置(zhi)(zhi)；閥門的(de)安裝位置(zhi)(zhi)及(ji)其重(zhong)量；各輔助設(she)備(bei)的(de)位置(zhi)(zhi)、外形尺(chi)寸(cun)；各支(zhi)(zhi)承的(de)設(she)置(zhi)(zhi)位置(zhi)(zhi)和剛性等。
當上述三個因素確定(ding)之后，系(xi)統(tong)內各點的壓力脈動(dong)和(he)振動(dong)情況也(ye)就相應確定(ding)下來，由此可見(jian)，只要掌握(wo)計算(suan)氣流壓力脈動(dong)及(ji)管道振動(dong)規(gui)律，不難設計出使(shi)壓力脈動(dong)和(he)振動(dong)均控制在安全、經濟范圍內的優質管道系(xi)統(tong)。
3. 振動分析所(suo)使用的(de)控(kong)制(zhi)標準
往(wang)復式壓縮機管(guan)系(xi)的振動分析應滿足：美(mei)國石(shi)油學會API618標準關(guan)于脈動控制(zhi)要求(qiu)，保證壓縮機管(guan)系(xi)的氣流脈動不超過允(yun)許值(zhi)；根據美(mei)國普渡壓縮機技(ji)術協(xie)會關(guan)于機械振幅(fu)要求(qiu)，保證機械振動全振幅(fu)不超過允(yun)許值(zhi)。
美(mei)國石油學會(hui)制定的API618標準，從量上規定了對壓力脈動和(he)振動控制的設計要求。
①. 當壓(ya)力(li)在0.35～20.7MPa之(zhi)間時，壓(ya)力(li)不均勻(yun)度按下式計算：
②. 脈動頻(pin)率(lv)f按下式計算：
管(guan)道(dao)因振動而(er)損(sun)壞的可能性主要取(qu)決(jue)于(yu)振幅和(he)頻(pin)率(lv)，也就是取(qu)決(jue)于(yu)交變應力(li)的大小和(he)循環次數(shu)。對溫度(du)不(bu)超過(guo)370℃碳鋼和(he)低合金(jin)鋼管(guan)道(dao)，設計疲勞強度(du)不(bu)應超過(guo)50MPa。由壓(ya)力(li)脈動及(ji)其(qi)他(ta)荷載產生(sheng)的綜合一次應力(li)不(bu)應超過(guo)管(guan)道(dao)的熱態許(xu)用應力(li)。
③. 根(gen)據美(mei)國石油協會API618的規(gui)定(ding)，緩沖器容積按下式計算：
4. 管道壓力脈(mo)動的控(kong)制措(cuo)施
由于往復式壓縮機間歇性(xing)和周期(qi)性(xing)吸排氣，管道內流體必然呈脈動狀態。進行壓力脈動分析不可能完全消除壓力的(de)脈動，而是將(jiang)其控制在允許的(de)范(fan)圍內［參(can)見式（9-6）］。
壓力脈動(dong)的(de)控制措施如下(xia)。
①. 首(shou)先要進行(xing)氣柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)率的(de)(de)計算，使氣柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)率（至少前三(san)階）與活塞激發頻(pin)(pin)率錯開，從(cong)而避開氣柱(zhu)共振。影響氣柱(zhu)固有(you)頻(pin)(pin)率的(de)(de)因(yin)素(su)除介質的(de)(de)組(zu)分外(wai)有(you)緩沖(chong)器(qi)的(de)(de)尺寸與位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)、管(guan)(guan)徑的(de)(de)大(da)小、管(guan)(guan)系的(de)(de)分支的(de)(de)多少與位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)、各管(guan)(guan)段的(de)(de)長(chang)度、孔板及其安裝(zhuang)位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)、各管(guan)(guan)段的(de)(de)端點條件等。
②. 合理設(she)計緩(huan)(huan)沖器并安裝在盡(jin)量靠近氣缸的(de)位置。緩(huan)(huan)沖器是(shi)最簡單(dan)而有效的(de)消(xiao)振措施。它能使緩(huan)(huan)沖器后面的(de)管道(dao)內的(de)氣流變(bian)得緩(huan)(huan)和(he)，其作用與柔性分析中(zhong)的(de)補償器相似。
要達到理(li)想的(de)(de)(de)減振效果，緩(huan)(huan)(huan)沖器應(ying)有足夠(gou)的(de)(de)(de)容(rong)積［可參(can)照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)(huan)沖器有兩種(zhong)形式：一種(zhong)是簡單的(de)(de)(de)無內件(jian)的(de)(de)(de)緩(huan)(huan)(huan)沖器，另(ling)一種(zhong)是有內件(jian)濾(lv)波(bo)型緩(huan)(huan)(huan)沖器。采用內件(jian)濾(lv)波(bo)型緩(huan)(huan)(huan)沖器可以更有效地控(kong)制緩(huan)(huan)(huan)沖器后的(de)(de)(de)管(guan)道內的(de)(de)(de)壓力脈動，適當減少緩(huan)(huan)(huan)沖器的(de)(de)(de)容(rong)積，但同時(shi)會增大阻力降。緩(huan)(huan)(huan)沖器的(de)(de)(de)安裝應(ying)盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸，對(dui)上進氣(qi)(qi)下排氣(qi)(qi)的(de)(de)(de)壓縮(suo)機(ji)，入(ru)口緩(huan)(huan)(huan)沖器應(ying)布(bu)(bu)置(zhi)在(zai)氣(qi)(qi)缸上方(fang)，并(bing)盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸。出口緩(huan)(huan)(huan)沖器應(ying)布(bu)(bu)置(zhi)在(zai)氣(qi)(qi)缸的(de)(de)(de)正下方(fang)并(bing)盡量靠(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸。
③. 合理(li)的(de)(de)增設消(xiao)振孔板(ban)(ban)。在容器(qi)的(de)(de)入口處加(jia)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)適當尺寸的(de)(de)孔板(ban)(ban)，可(ke)以將該管段內(nei)的(de)(de)壓(ya)力駐波變成行波，使(shi)管道(dao)尾端(duan)不(bu)再具有(you)反射條件，從而降(jiang)低了壓(ya)力不(bu)均勻度，達到(dao)減輕管道(dao)振動(dong)的(de)(de)目的(de)(de)。加(jia)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)消(xiao)振孔板(ban)(ban)同時(shi)(shi)又產(chan)生局部(bu)(bu)阻力損(sun)(sun)失，所以壓(ya)縮機制造(zao)廠在確定緩沖器(qi)容積(ji)時(shi)(shi)一般(ban)不(bu)應考慮加(jia)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)孔板(ban)(ban)，但當緩沖器(qi)容積(ji)過大(da)無法制造(zao)安裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)時(shi)(shi)，也(ye)可(ke)考慮加(jia)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)孔板(ban)(ban)，同時(shi)(shi)需(xu)對(dui)孔板(ban)(ban)的(de)(de)局部(bu)(bu)阻力損(sun)(sun)失進(jin)行核算。
消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板的孔(kong)(kong)(kong)徑比要經壓力脈動(dong)計算確定(ding)，一(yi)般孔(kong)(kong)(kong)徑比為(wei)0.43～0.5，孔(kong)(kong)(kong)板厚度為(wei)3～5mm，孔(kong)(kong)(kong)板內徑邊(bian)緣處必須保留銳利棱角，不得倒角，否則效果要降低。孔(kong)(kong)(kong)板太厚會(hui)增大局部(bu)阻(zu)力損失，并產生(sheng)噪聲。孔(kong)(kong)(kong)板的材料與管道相同(tong)。孔(kong)(kong)(kong)板的形式(shi)與法(fa)蘭的密封面相適(shi)應。消振(zhen)孔(kong)(kong)(kong)板通常(chang)安裝在緩沖器的進出口(kou)管口(kou)處。
④. 設置集(ji)管(guan)(guan)器(qi)。并機運(yun)行的(de)管(guan)(guan)道在匯合處脈(mo)動(dong)量會相(xiang)互疊(die)加(jia)，疊(die)加(jia)的(de)結果，有(you)時相(xiang)互抵消，有(you)時相(xiang)互加(jia)強(qiang)，這就(jiu)要看(kan)投入(ru)運(yun)行的(de)壓縮機的(de)曲柄錯(cuo)角，如果相(xiang)位一(yi)致則加(jia)強(qiang)，相(xiang)位相(xiang)反則減弱。為避(bi)免在多機匯合處產生過大脈(mo)動(dong)值，在匯合處設置集(ji)管(guan)(guan)器(qi)，其尺寸太小不影響(xiang)緩(huan)沖作用。集(ji)管(guan)(guan)器(qi)的(de)設計原則是：集(ji)管(guan)(guan)器(qi)的(de)通流(liu)面(mian)積，應大于(yu)所有(you)進氣管(guan)(guan)通流(liu)面(mian)積總(zong)和的(de)3倍。
⑤. 控制(zhi)管系各(ge)管段的壓(ya)力脈(mo)動(dong)值(zhi)，使(shi)其不超過式（9-6）的計算值(zhi)。當主管道(dao)上(shang)的壓(ya)力不均勻(yun)度(du)超標(biao)時，首先核算緩(huan)(huan)(huan)沖器容(rong)積，緩(huan)(huan)(huan)沖器容(rong)積不夠時，加(jia)大緩(huan)(huan)(huan)沖器容(rong)積，如果(guo)緩(huan)(huan)(huan)沖器已制(zhi)造完(wan)畢或緩(huan)(huan)(huan)沖器太大難以制(zhi)造時，采(cai)取加(jia)裝(zhuang)消(xiao)振孔板方法(fa)。當分支管（如跨線、放空線等）脈(mo)動(dong)值(zhi)超標(biao)時，可適(shi)當加(jia)大該(gai)管管徑或在該(gai)分支的適(shi)當位置加(jia)裝(zhuang)孔板。如果(guo)該(gai)分支的末端為(wei)盲(mang)板或關閉(bi)的閥門，應考慮改變該(gai)管段的長度(du)。
在整個管(guan)系(xi)脈動值(zhi)都控(kong)制在允(yun)許的范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)后(hou)，再(zai)進行管(guan)系(xi)結(jie)構振動的計(ji)算，將機械振動的振幅和動應力控(kong)制在允(yun)許的范(fan)(fan)圍(wei)內(nei)。
5. 管道振(zhen)動(dong)的(de)控(kong)制措(cuo)施(shi)
①. 進行管系的機(ji)(ji)械固有(you)(you)(you)頻率(lv)計算，使(shi)機(ji)(ji)械固有(you)(you)(you)頻率(lv)（至少前三(san)階）與(yu)活(huo)塞激發(fa)頻率(lv)錯開并與(yu)氣柱固有(you)(you)(you)頻率(lv)（至少前三(san)階）錯開。通常對于(yu)中、低(di)壓管道(p≤8MPa)，管道機(ji)(ji)械固有(you)(you)(you)頻率(lv)不低(di)于(yu)24Hz；對高壓管道（p>8MPa)，管道機(ji)(ji)械固有(you)(you)(you)頻率(lv)不低(di)于(yu)28Hz。
②. 在管道柔性分(fen)析滿足的前(qian)提下，應盡量減(jian)少轉彎，因為(wei)過(guo)多的轉彎會減(jian)小(xiao)管系的剛度，使管系的機械固有頻率(lv)降低，并且在彎頭(tou)處(chu)產生(sheng)激振力，從而發生(sheng)振動。
③. 支架應采取防(fang)振管(guan)(guan)卡，而不能只為(wei)承(cheng)重或(huo)止推(tui)。因為(wei)防(fang)振管(guan)(guan)卡可以約(yue)(yue)束(shu)(shu)X、Y、Z三個方向的線位(wei)移，對直徑較小的管(guan)(guan)子甚至(zhi)可以約(yue)(yue)束(shu)(shu)RX、RY、RZ三個角位(wei)移，而承(cheng)重或(huo)止推(tui)架卻只能約(yue)(yue)束(shu)(shu)一個方向的線位(wei)移。為(wei)保證管(guan)(guan)道與管(guan)(guan)卡充分接觸，在管(guan)(guan)卡與管(guan)(guan)道之(zhi)間墊(dian)石(shi)棉橡膠板(ban)。
④. 支架(jia)的間距應滿足最小(xiao)頻率的要求。
⑤. 管(guan)(guan)道應(ying)盡(jin)量沿地面敷設(she)，便于設(she)置(zhi)支架(jia)，管(guan)(guan)道過高則支架(jia)難(nan)以生(sheng)根，同時支架(jia)的剛(gang)(gang)度(du)很難(nan)保證。支架(jia)的剛(gang)(gang)度(du)可參照(zhao)表9-15。
對于較(jiao)高的支架(jia)宜(yi)采用(yong)框架(jia)結構，單根立柱剛度較(jiao)小(xiao)。
⑥. 為(wei)防止機組的轉動不平衡力引起管系(xi)振動，進出口緩沖器要有牢固的支承，靠近(jin)壓縮機的管段(duan)的支架應(ying)重點考慮。
⑦. 在閥(fa)門等集中質量(liang)處應加支(zhi)架，因為集中質量(liang)處振動(dong)頻(pin)率低(di)。
6. 氣(qi)體(ti)的(de)壓力脈動(dong)
往復(fu)壓縮機的活(huo)塞在氣(qi)缸中(zhong)進(jin)行周期性往復(fu)運動(dong)，引起吸排(pai)氣(qi)呈間(jian)歇性和周期性，管內氣(qi)體(ti)壓力(li)(li)不但隨(sui)(sui)位置變化，而且隨(sui)(sui)時間(jian)作周期性變化，這種(zhong)現象稱為氣(qi)體(ti)壓力(li)(li)脈動(dong)。壓力(li)(li)脈動(dong)的大小通(tong)常用(yong)壓力(li)(li)不均勻度來(lai)衡量。壓力(li)(li)不均勻度的表達式如下：
