1. 往復式壓縮(suo)機管系的特點
往復式壓縮機(ji)(ji)的(de)工作(zuo)特點是吸、排氣流(liu)呈間歇性(xing)和周(zhou)期性(xing)，因(yin)此(ci)不可避免的(de)要激發進、出口管(guan)(guan)道內的(de)流(liu)體(ti)呈脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)狀態，使管(guan)(guan)內流(liu)體(ti)參數（如(ru)壓力(li)、速度(du)、密(mi)度(du)等）隨位置及時間作(zuo)周(zhou)期性(xing)變化(hua)。這(zhe)種現象稱為氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)。脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)流(liu)體(ti)沿(yan)管(guan)(guan)道輸(shu)送時，遇到彎頭、異徑管(guan)(guan)、分支管(guan)(guan)、閥門(men)、盲板(ban)等元件(jian)將產生隨時間變化(hua)的(de)激振力(li)，受該激振力(li)作(zuo)用，管(guan)(guan)系便產生一(yi)定的(de)機(ji)(ji)械振動(dong)(dong)(dong)(dong)響應。壓力(li)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)越大，管(guan)(guan)道振動(dong)(dong)(dong)(dong)的(de)振幅和動(dong)(dong)(dong)(dong)應力(li)越大。強(qiang)烈的(de)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)氣流(liu)會嚴重(zhong)地影響氣閥的(de)正常開閉，減小工作(zuo)效率，此(ci)外，還會引起管(guan)(guan)系的(de)機(ji)(ji)械振動(dong)(dong)(dong)(dong)，造(zao)成(cheng)管(guan)(guan)件(jian)疲勞破(po)壞，發生泄漏(lou)，甚(shen)至造(zao)成(cheng)火災爆炸(zha)等重(zhong)大事故。因(yin)此(ci)降低(di)氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)(dong)(dong)是往復式壓縮機(ji)(ji)配管(guan)(guan)設計的(de)主要任務之一(yi)。
管(guan)道振(zhen)(zhen)動的(de)(de)第二個(ge)(ge)原因(yin)是共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。管(guan)道內(nei)氣(qi)(qi)體構(gou)成一個(ge)(ge)系統，稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)。氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)本(ben)身(shen)具(ju)(ju)有(you)(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。活塞往復運動的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。管(guan)道及(ji)其(qi)組成件(jian)組成一個(ge)(ge)系統，該系統結(jie)構(gou)本(ben)身(shen)具(ju)(ju)有(you)(you)的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為(wei)(wei)管(guan)系機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。在(zai)工程上(shang)常(chang)把（0.8～1.2）f的(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)范圍作為(wei)(wei)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)。當氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)落在(zai)激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)內(nei)時，發生(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，產生(sheng)較大壓(ya)力(li)脈動。管(guan)系機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)落在(zai)激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)或氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)時，發生(sheng)結(jie)構(gou)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)。因(yin)此配管(guan)設(she)計必須避免發生(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)及(ji)結(jie)構(gou)的(de)(de)共(gong)(gong)振(zhen)(zhen)，即調(diao)整(zheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)和管(guan)系機械固有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)(lv)。
管(guan)道振(zhen)動第三個原因是由機組(zu)本身的(de)振(zhen)動引(yin)起。機組(zu)本身的(de)動平衡性能差、安裝不(bu)對中、基礎及支承設計不(bu)當(dang)均會引(yin)起機組(zu)振(zhen)動，帶動管(guan)系振(zhen)動。
解決往復式壓縮機管(guan)系的氣(qi)流脈動(dong)(dong)與管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)問題，要從設(she)計階(jie)段(duan)著(zhu)手，應(ying)用(yong)振(zhen)動(dong)(dong)計算(suan)(suan)專用(yong)軟件進行分(fen)(fen)(fen)析(xi)計算(suan)(suan)，將(jiang)管(guan)道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)消滅在設(she)計階(jie)段(duan)。振(zhen)動(dong)(dong)計算(suan)(suan)包括：氣(qi)柱固有(you)頻(pin)率與氣(qi)動(dong)(dong)傳遞特性的計算(suan)(suan)；壓力脈動(dong)(dong)不均勻度沿管(guan)分(fen)(fen)(fen)布及(ji)譜分(fen)(fen)(fen)析(xi)；管(guan)系結構(gou)固有(you)頻(pin)率、振(zhen)型分(fen)(fen)(fen)析(xi)、振(zhen)幅(fu)及(ji)動(dong)(dong)應(ying)力計算(suan)(suan)。
2. 管道振動的機理與對策
管道(dao)系(xi)統之(zhi)所以發(fa)(fa)生(sheng)振動(dong)是(shi)因為管道(dao)系(xi)統上作(zuo)用有(you)周(zhou)期(qi)性的(de)(de)(de)激振力(li)(li)。此激振力(li)(li)通常源于(yu)管道(dao)內氣體(ti)壓力(li)(li)的(de)(de)(de)脈動(dong)（或(huo)稱波動(dong)）。對(dui)于(yu)端點安裝往復式壓縮機的(de)(de)(de)管系(xi)，壓力(li)(li)脈動(dong)是(shi)無法避免的(de)(de)(de)，我們(men)的(de)(de)(de)任務是(shi)將壓力(li)(li)脈動(dong)控制在一定的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)內，不使(shi)其產(chan)生(sheng)有(you)害振動(dong)。壓力(li)(li)脈動(dong)在管道(dao)的(de)(de)(de)轉彎(wan)處或(huo)在截(jie)面發(fa)(fa)生(sheng)變化處形成激振力(li)(li)。這些(xie)力(li)(li)在大(da)小、方(fang)向以及相(xiang)位上各不相(xiang)同，作(zuo)用在管道(dao)的(de)(de)(de)彎(wan)頭(tou)和變截(jie)面（如異徑接頭(tou)、閥門、三(san)通等）處，激發(fa)(fa)管道(dao)作(zuo)受迫振動(dong)。
壓縮機管道系(xi)統(tong)內各點的壓力脈動和振動取(qu)決于三(san)個因素。
①. 壓縮機的(de)參數(shu)：包括轉速、活塞(sai)沖(chong)程、連(lian)桿(gan)長度、氣缸(gang)直徑、流量、壓力、溫度和緩(huan)沖(chong)器的(de)容積等。
②. 被壓縮的介(jie)質(zhi)的物理參數(shu)：包括(kuo)分子(zi)量、絕(jue)熱指數(shu)、溫度和壓力等。
③. 系(xi)統的(de)幾(ji)何配置(zhi)(zhi)(zhi)情況：包括各管(guan)段的(de)長度、外(wai)徑、壁厚、走向(xiang)；分支(zhi)(zhi)管(guan)的(de)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)；閥(fa)門的(de)安裝位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)及其重量；各輔助設備的(de)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)、外(wai)形尺寸(cun)；各支(zhi)(zhi)承的(de)設置(zhi)(zhi)(zhi)位(wei)(wei)(wei)置(zhi)(zhi)(zhi)和(he)剛(gang)性(xing)等。
當(dang)上述三個因素確定之后，系統(tong)內各點的壓(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)和振動(dong)(dong)情況也(ye)就相應確定下來(lai)，由(you)此(ci)可見，只要掌握計算氣流壓(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)及管道振動(dong)(dong)規律，不難設計出使(shi)壓(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)和振動(dong)(dong)均控制(zhi)在安全、經(jing)濟范圍內的優質(zhi)管道系統(tong)。
3. 振(zhen)動分析(xi)所使用的控制標(biao)準
往(wang)復(fu)式壓(ya)縮機(ji)管系的(de)振動(dong)分析(xi)應滿足(zu)：美國石油學會API618標準關于脈動(dong)控制要求，保證壓(ya)縮機(ji)管系的(de)氣流脈動(dong)不超過(guo)允許值；根據美國普渡壓(ya)縮機(ji)技術協(xie)會關于機(ji)械振幅要求，保證機(ji)械振動(dong)全振幅不超過(guo)允許值。
美國(guo)石油學會(hui)制(zhi)定(ding)的(de)API618標準，從量(liang)上(shang)規定(ding)了對壓(ya)力(li)脈動和振動控制(zhi)的(de)設計要(yao)求(qiu)。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間時，壓力不均勻度按(an)下式計算(suan)：
②. 脈動頻率f按下式計算：
管(guan)(guan)(guan)道(dao)因振(zhen)動而損壞的(de)(de)可(ke)能性主要取決于振(zhen)幅和頻率，也就是取決于交(jiao)變應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)大小和循環次(ci)(ci)數。對(dui)溫度不(bu)超(chao)過(guo)370℃碳鋼(gang)和低合(he)金(jin)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)道(dao)，設計疲勞強度不(bu)應(ying)(ying)超(chao)過(guo)50MPa。由壓力(li)(li)脈動及其(qi)他荷載產生的(de)(de)綜合(he)一(yi)次(ci)(ci)應(ying)(ying)力(li)(li)不(bu)應(ying)(ying)超(chao)過(guo)管(guan)(guan)(guan)道(dao)的(de)(de)熱(re)態許用應(ying)(ying)力(li)(li)。
③. 根(gen)據美國石油協會API618的(de)規定，緩沖器容積按下式(shi)計算：
4. 管道壓力脈動的控制措施
由于往復式(shi)壓(ya)縮機間(jian)歇(xie)性和周(zhou)期(qi)性吸排氣(qi)，管道內(nei)流體必然呈脈動狀態。進行壓(ya)力脈動分析不可能完全消除壓(ya)力的脈動，而是將其控制在允許(xu)的范圍內(nei)［參見式(shi)（9-6）］。
壓力脈動的控制措(cuo)施(shi)如(ru)下。
①. 首先(xian)要(yao)進行氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率的(de)(de)計算，使(shi)氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率（至少前(qian)三(san)階）與活塞(sai)激發頻(pin)率錯開，從而避開氣(qi)(qi)柱共振。影響氣(qi)(qi)柱固有頻(pin)率的(de)(de)因素(su)除介質的(de)(de)組分外有緩沖器的(de)(de)尺寸與位置、管(guan)徑(jing)的(de)(de)大小、管(guan)系的(de)(de)分支的(de)(de)多少與位置、各管(guan)段的(de)(de)長度、孔(kong)板及其安裝位置、各管(guan)段的(de)(de)端點條件等(deng)。
②. 合理設計(ji)緩(huan)沖(chong)器并安裝(zhuang)在盡(jin)量靠(kao)近氣(qi)缸的位置。緩(huan)沖(chong)器是(shi)最簡單而有效(xiao)的消振措(cuo)施。它能使緩(huan)沖(chong)器后面的管道內(nei)的氣(qi)流變(bian)得緩(huan)和，其(qi)作(zuo)用與(yu)柔性分析中的補償器相似。
要達到(dao)理想的(de)(de)減(jian)振效(xiao)果，緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應有足(zu)夠(gou)的(de)(de)容(rong)積(ji)(ji)［可參照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)有兩(liang)種形式：一種是(shi)簡單的(de)(de)無內(nei)件的(de)(de)緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，另(ling)一種是(shi)有內(nei)件濾波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。采(cai)用內(nei)件濾波型緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)可以更有效(xiao)地控(kong)制緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)后的(de)(de)管道內(nei)的(de)(de)壓力(li)脈動，適(shi)當減(jian)少緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)容(rong)積(ji)(ji)，但同時(shi)會增(zeng)大阻力(li)降。緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)安裝應盡(jin)(jin)量(liang)靠(kao)(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)，對上進氣(qi)(qi)下(xia)(xia)排氣(qi)(qi)的(de)(de)壓縮機，入口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應布置在(zai)氣(qi)(qi)缸(gang)上方(fang)，并盡(jin)(jin)量(liang)靠(kao)(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)。出口緩(huan)(huan)(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)應布置在(zai)氣(qi)(qi)缸(gang)的(de)(de)正(zheng)下(xia)(xia)方(fang)并盡(jin)(jin)量(liang)靠(kao)(kao)近(jin)氣(qi)(qi)缸(gang)。
③. 合理的增設消振(zhen)孔(kong)板(ban)。在(zai)容器的入(ru)口處(chu)加裝適當尺寸的孔(kong)板(ban)，可以將該管段內的壓力駐(zhu)波變成行(xing)波，使(shi)管道(dao)尾端不再(zai)具有反射條件(jian)，從而降低了壓力不均(jun)勻(yun)度(du)，達到減輕管道(dao)振(zhen)動(dong)的目的。加裝消振(zhen)孔(kong)板(ban)同時又產生局部(bu)阻(zu)力損失(shi)，所以壓縮(suo)機制造(zao)廠在(zai)確定緩沖器容積(ji)時一般不應(ying)考(kao)慮(lv)加裝孔(kong)板(ban)，但當緩沖器容積(ji)過大無法制造(zao)安裝時，也可考(kao)慮(lv)加裝孔(kong)板(ban)，同時需對(dui)孔(kong)板(ban)的局部(bu)阻(zu)力損失(shi)進(jin)行(xing)核算。
消振孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)的(de)孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑比(bi)要(yao)經壓力(li)脈動計算確定，一般孔(kong)(kong)(kong)(kong)徑比(bi)為(wei)0.43～0.5，孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)厚度為(wei)3～5mm，孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)內徑邊緣處(chu)必須保留銳利棱(leng)角，不得(de)倒角，否(fou)則效果要(yao)降低。孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)太(tai)厚會增大局部阻力(li)損(sun)失，并產(chan)生噪(zao)聲。孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)的(de)材料與管道相(xiang)同。孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)的(de)形式(shi)與法蘭的(de)密封面(mian)相(xiang)適(shi)應。消振孔(kong)(kong)(kong)(kong)板(ban)(ban)(ban)(ban)通常(chang)安(an)裝在(zai)緩沖器(qi)的(de)進(jin)出口管口處(chu)。
④. 設置集管(guan)器。并機(ji)運(yun)行的管(guan)道在匯合處脈動(dong)量(liang)會相(xiang)互疊(die)(die)加(jia)，疊(die)(die)加(jia)的結果，有(you)時(shi)相(xiang)互抵消，有(you)時(shi)相(xiang)互加(jia)強，這就要看投入運(yun)行的壓縮機(ji)的曲柄錯角，如(ru)果相(xiang)位(wei)一致則加(jia)強，相(xiang)位(wei)相(xiang)反則減弱。為避免在多機(ji)匯合處產生過(guo)大脈動(dong)值，在匯合處設置集管(guan)器，其(qi)尺寸太小不(bu)影(ying)響(xiang)緩沖作用(yong)。集管(guan)器的設計(ji)原(yuan)則是：集管(guan)器的通(tong)流(liu)面積(ji)，應大于(yu)所有(you)進氣(qi)管(guan)通(tong)流(liu)面積(ji)總和的3倍。
⑤. 控制(zhi)管(guan)(guan)(guan)系(xi)各管(guan)(guan)(guan)段(duan)的(de)(de)(de)壓(ya)力脈動值，使(shi)其不超過式（9-6）的(de)(de)(de)計(ji)算值。當主管(guan)(guan)(guan)道(dao)上的(de)(de)(de)壓(ya)力不均(jun)勻度(du)(du)超標時(shi)，首先核算緩沖器容(rong)積(ji)，緩沖器容(rong)積(ji)不夠(gou)時(shi)，加大緩沖器容(rong)積(ji)，如果緩沖器已制(zhi)造完畢(bi)或(huo)緩沖器太大難以制(zhi)造時(shi)，采(cai)取加裝(zhuang)(zhuang)消振(zhen)孔板方法。當分支管(guan)(guan)(guan)（如跨線(xian)、放空線(xian)等）脈動值超標時(shi)，可(ke)適(shi)當加大該管(guan)(guan)(guan)管(guan)(guan)(guan)徑或(huo)在該分支的(de)(de)(de)適(shi)當位(wei)置(zhi)加裝(zhuang)(zhuang)孔板。如果該分支的(de)(de)(de)末端為(wei)盲板或(huo)關閉的(de)(de)(de)閥門(men)，應考慮改變該管(guan)(guan)(guan)段(duan)的(de)(de)(de)長度(du)(du)。
在整個管(guan)系脈動值都控(kong)制(zhi)(zhi)在允(yun)許(xu)的(de)范(fan)圍內(nei)后，再進行管(guan)系結構振動的(de)計算，將機械振動的(de)振幅和動應力(li)控(kong)制(zhi)(zhi)在允(yun)許(xu)的(de)范(fan)圍內(nei)。
5. 管道(dao)振動的控制措(cuo)施(shi)
①. 進行管(guan)系的機械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率計算，使(shi)機械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率（至少前三階）與(yu)(yu)活塞激發頻(pin)率錯開(kai)并與(yu)(yu)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率（至少前三階）錯開(kai)。通常對于(yu)中、低壓管(guan)道(dao)(p≤8MPa)，管(guan)道(dao)機械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率不低于(yu)24Hz；對高壓管(guan)道(dao)（p>8MPa)，管(guan)道(dao)機械固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率不低于(yu)28Hz。
②. 在(zai)管(guan)道柔性(xing)分析滿足的(de)(de)前提下，應(ying)盡量減少轉(zhuan)彎(wan)，因為(wei)過多的(de)(de)轉(zhuan)彎(wan)會減小管(guan)系(xi)的(de)(de)剛度，使管(guan)系(xi)的(de)(de)機(ji)械固(gu)有頻(pin)率降低，并且在(zai)彎(wan)頭處產生(sheng)激振力，從(cong)而(er)發生(sheng)振動。
③. 支架應采取(qu)防(fang)振管(guan)卡(ka)，而(er)不能只為承重或止推。因為防(fang)振管(guan)卡(ka)可以(yi)約束(shu)X、Y、Z三(san)個(ge)方向(xiang)的線位(wei)移，對直(zhi)徑較小的管(guan)子甚(shen)至可以(yi)約束(shu)RX、RY、RZ三(san)個(ge)角(jiao)位(wei)移，而(er)承重或止推架卻只能約束(shu)一個(ge)方向(xiang)的線位(wei)移。為保證管(guan)道與(yu)管(guan)卡(ka)充分接觸，在管(guan)卡(ka)與(yu)管(guan)道之(zhi)間墊石棉(mian)橡膠板。
④. 支架的間距應滿足最小頻率的要(yao)求(qiu)。
⑤. 管道應盡量(liang)沿地面敷(fu)設，便于設置支架，管道過高則支架難以生根，同時支架的剛(gang)度很難保證。支架的剛(gang)度可參照表9-15。
對于較(jiao)高的支(zhi)架宜采用框(kuang)架結構，單(dan)根立柱剛度較(jiao)小。
⑥. 為防(fang)止機(ji)組的轉動(dong)不平衡力引(yin)起管系振動(dong)，進出口(kou)緩沖器要有(you)牢固(gu)的支承(cheng)，靠近壓縮機(ji)的管段的支架(jia)應重點考慮。
⑦. 在(zai)閥門等集中質量處應加支架，因(yin)為(wei)集中質量處振動頻率低(di)。
6. 氣體的(de)壓力脈動
往復(fu)壓(ya)(ya)(ya)縮機的活塞在(zai)氣(qi)缸中進行周期性往復(fu)運動，引起吸排(pai)氣(qi)呈間歇性和周期性，管內氣(qi)體壓(ya)(ya)(ya)力不但隨位置(zhi)變(bian)化(hua)，而且隨時間作周期性變(bian)化(hua)，這種現象稱為氣(qi)體壓(ya)(ya)(ya)力脈動。壓(ya)(ya)(ya)力脈動的大小通(tong)常用壓(ya)(ya)(ya)力不均(jun)勻(yun)度來衡量。壓(ya)(ya)(ya)力不均(jun)勻(yun)度的表達式(shi)如下：
