1. 往復式壓縮機(ji)管系的特點(dian)
往復(fu)式(shi)壓縮(suo)機(ji)的(de)(de)工作特點是吸、排氣流(liu)呈(cheng)間歇(xie)性(xing)和(he)周期(qi)(qi)性(xing)，因此(ci)(ci)不可避免(mian)的(de)(de)要(yao)激發進、出口管(guan)道內(nei)的(de)(de)流(liu)體(ti)呈(cheng)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)狀態，使管(guan)內(nei)流(liu)體(ti)參數(shu)（如壓力、速度、密度等）隨(sui)位置及時(shi)間作周期(qi)(qi)性(xing)變(bian)化。這種現象(xiang)稱為氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)。脈(mo)動(dong)(dong)(dong)流(liu)體(ti)沿管(guan)道輸送時(shi)，遇到(dao)彎頭、異徑管(guan)、分支管(guan)、閥門、盲板等元件(jian)將產生(sheng)隨(sui)時(shi)間變(bian)化的(de)(de)激振力，受(shou)該激振力作用，管(guan)系(xi)便產生(sheng)一定(ding)的(de)(de)機(ji)械(xie)振動(dong)(dong)(dong)響應。壓力脈(mo)動(dong)(dong)(dong)越(yue)大(da)，管(guan)道振動(dong)(dong)(dong)的(de)(de)振幅和(he)動(dong)(dong)(dong)應力越(yue)大(da)。強烈的(de)(de)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)氣流(liu)會嚴重地影響氣閥的(de)(de)正(zheng)常(chang)開閉，減小(xiao)工作效率，此(ci)(ci)外，還會引起管(guan)系(xi)的(de)(de)機(ji)械(xie)振動(dong)(dong)(dong)，造(zao)(zao)成(cheng)管(guan)件(jian)疲(pi)勞破壞(huai)，發生(sheng)泄漏，甚至造(zao)(zao)成(cheng)火災爆炸等重大(da)事故。因此(ci)(ci)降低(di)氣流(liu)脈(mo)動(dong)(dong)(dong)是往復(fu)式(shi)壓縮(suo)機(ji)配(pei)管(guan)設計的(de)(de)主(zhu)要(yao)任(ren)務之(zhi)一。
管(guan)(guan)道(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)第二個原因是共(gong)振(zhen)(zhen)。管(guan)(guan)道(dao)內氣(qi)(qi)體(ti)構(gou)成(cheng)(cheng)一(yi)個系(xi)統，稱(cheng)(cheng)為氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)。氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)本(ben)身(shen)具(ju)有(you)的(de)頻率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)。活塞往復運(yun)動(dong)的(de)頻率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為激發(fa)頻率(lv)(lv)(lv)。管(guan)(guan)道(dao)及(ji)其組(zu)成(cheng)(cheng)件(jian)組(zu)成(cheng)(cheng)一(yi)個系(xi)統，該系(xi)統結構(gou)本(ben)身(shen)具(ju)有(you)的(de)頻率(lv)(lv)(lv)稱(cheng)(cheng)為管(guan)(guan)系(xi)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)。在工程上(shang)常把（0.8～1.2）f的(de)頻率(lv)(lv)(lv)范(fan)圍作為共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)。當氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)落(luo)在激發(fa)頻率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)內時(shi)(shi)，發(fa)生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)共(gong)振(zhen)(zhen)，產生(sheng)(sheng)較大壓力脈動(dong)。管(guan)(guan)系(xi)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)落(luo)在激發(fa)頻率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)或氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)的(de)共(gong)振(zhen)(zhen)區(qu)(qu)時(shi)(shi)，發(fa)生(sheng)(sheng)結構(gou)共(gong)振(zhen)(zhen)。因此配管(guan)(guan)設計必須避免發(fa)生(sheng)(sheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)及(ji)結構(gou)的(de)共(gong)振(zhen)(zhen)，即調整(zheng)氣(qi)(qi)柱(zhu)(zhu)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)和管(guan)(guan)系(xi)機(ji)械(xie)(xie)固有(you)頻率(lv)(lv)(lv)。
管(guan)道振動(dong)第三(san)個原(yuan)因是(shi)由機組本身的振動(dong)引(yin)起。機組本身的動(dong)平衡(heng)性能差、安(an)裝(zhuang)不(bu)對中(zhong)、基(ji)礎及(ji)支承設計不(bu)當均會引(yin)起機組振動(dong)，帶動(dong)管(guan)系(xi)振動(dong)。
解決往(wang)復式(shi)壓縮機管系(xi)的氣流脈動(dong)(dong)(dong)(dong)與(yu)管道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)問題，要從設(she)計階(jie)(jie)段著手，應用振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)計算專用軟件(jian)進行(xing)分(fen)析計算，將管道(dao)(dao)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)消(xiao)滅在(zai)設(she)計階(jie)(jie)段。振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)計算包括：氣柱固(gu)有(you)頻率(lv)與(yu)氣動(dong)(dong)(dong)(dong)傳(chuan)遞特性(xing)的計算；壓力脈動(dong)(dong)(dong)(dong)不均(jun)勻(yun)度沿管分(fen)布及(ji)譜分(fen)析；管系(xi)結構(gou)固(gu)有(you)頻率(lv)、振(zhen)(zhen)型分(fen)析、振(zhen)(zhen)幅及(ji)動(dong)(dong)(dong)(dong)應力計算。
2. 管道振動的機理與對策
管(guan)道系(xi)(xi)統(tong)之(zhi)所以(yi)發生(sheng)(sheng)振動(dong)是因為管(guan)道系(xi)(xi)統(tong)上(shang)作(zuo)(zuo)用有周期性的(de)激振力(li)。此激振力(li)通(tong)常源于管(guan)道內氣體壓(ya)力(li)的(de)脈(mo)動(dong)（或(huo)稱(cheng)波動(dong)）。對(dui)于端(duan)點安裝往復式壓(ya)縮機的(de)管(guan)系(xi)(xi)，壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)是無(wu)法避免(mian)的(de)，我們(men)的(de)任(ren)務(wu)是將壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)控制在(zai)(zai)(zai)一定的(de)范圍內，不使其(qi)產(chan)生(sheng)(sheng)有害(hai)振動(dong)。壓(ya)力(li)脈(mo)動(dong)在(zai)(zai)(zai)管(guan)道的(de)轉彎處或(huo)在(zai)(zai)(zai)截面發生(sheng)(sheng)變化處形成(cheng)激振力(li)。這些(xie)力(li)在(zai)(zai)(zai)大小、方向以(yi)及相位上(shang)各不相同(tong)，作(zuo)(zuo)用在(zai)(zai)(zai)管(guan)道的(de)彎頭和(he)變截面（如(ru)異徑接頭、閥門、三通(tong)等）處，激發管(guan)道作(zuo)(zuo)受迫振動(dong)。
壓(ya)縮機(ji)管道系(xi)統內各點的壓(ya)力脈動和振動取決于三個(ge)因(yin)素。
①. 壓(ya)縮機的參(can)數：包括轉速、活塞沖(chong)程、連桿長度(du)、氣缸(gang)直徑、流(liu)量(liang)、壓(ya)力、溫(wen)度(du)和(he)緩沖(chong)器的容積等。
②. 被壓(ya)縮的介質的物理參數(shu)：包括分子量、絕熱(re)指數(shu)、溫度和壓(ya)力等(deng)。
③. 系統的(de)(de)幾何配置(zhi)(zhi)情況：包括各管段(duan)的(de)(de)長(chang)度、外徑、壁厚、走向；分支(zhi)管的(de)(de)位置(zhi)(zhi)；閥門的(de)(de)安裝位置(zhi)(zhi)及其重(zhong)量；各輔助設備的(de)(de)位置(zhi)(zhi)、外形尺(chi)寸；各支(zhi)承的(de)(de)設置(zhi)(zhi)位置(zhi)(zhi)和(he)剛(gang)性等。
當上述三個(ge)因素確定之(zhi)后，系(xi)統內各點的壓(ya)(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)和振(zhen)動(dong)(dong)情(qing)況也就相應確定下來，由此(ci)可見，只要(yao)掌握計(ji)算氣流壓(ya)(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)及管道(dao)振(zhen)動(dong)(dong)規律(lv)，不難設計(ji)出使壓(ya)(ya)力脈(mo)動(dong)(dong)和振(zhen)動(dong)(dong)均控制在安全、經濟(ji)范(fan)圍內的優質管道(dao)系(xi)統。
3. 振動(dong)分析所使用的控制標(biao)準
往復式壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)(ji)管系(xi)的振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)分(fen)析(xi)應滿足：美國石油學會(hui)API618標(biao)準(zhun)關于脈(mo)(mo)動(dong)(dong)控制要求(qiu)(qiu)，保(bao)證壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)(ji)管系(xi)的氣流(liu)脈(mo)(mo)動(dong)(dong)不超過允許(xu)(xu)值；根據美國普渡壓(ya)縮(suo)機(ji)(ji)(ji)技術協會(hui)關于機(ji)(ji)(ji)械(xie)振(zhen)(zhen)幅要求(qiu)(qiu)，保(bao)證機(ji)(ji)(ji)械(xie)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)全振(zhen)(zhen)幅不超過允許(xu)(xu)值。
美國石油學會制定(ding)的API618標(biao)準，從量上規定(ding)了對壓力(li)脈動和振動控制的設計要求。
①. 當壓力在0.35～20.7MPa之間時，壓力不均勻度按下式計算：
②. 脈動頻率f按下式(shi)計算：
管道因(yin)振動而(er)損(sun)壞的可能性主(zhu)要取(qu)(qu)決(jue)于(yu)振幅和頻率，也就是取(qu)(qu)決(jue)于(yu)交變應力(li)的大(da)小和循環次數。對溫(wen)度不超(chao)過(guo)370℃碳鋼(gang)和低合金鋼(gang)管道，設計疲勞強度不應超(chao)過(guo)50MPa。由(you)壓力(li)脈動及其他荷載(zai)產(chan)生的綜合一次應力(li)不應超(chao)過(guo)管道的熱態許用應力(li)。
③. 根據(ju)美國石油協會API618的規定，緩沖器(qi)容積按下式計算(suan)：
4. 管道壓力脈動的控制措(cuo)施
由于往復(fu)式壓縮機間歇性和(he)周期性吸(xi)排氣，管(guan)道內流(liu)體(ti)必然呈脈(mo)動狀態(tai)。進行壓力(li)(li)脈(mo)動分(fen)析不可能完全消除壓力(li)(li)的(de)脈(mo)動，而是將其控制(zhi)在允許的(de)范圍內［參見式（9-6）］。
壓力脈(mo)動的(de)控制措施如下。
①. 首先要進行氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)計算，使(shi)氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)（至少(shao)前三階）與(yu)活塞(sai)激發頻(pin)(pin)(pin)率(lv)錯開，從而避開氣(qi)柱(zhu)共振(zhen)。影響氣(qi)柱(zhu)固(gu)(gu)有頻(pin)(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)因(yin)素除介質的(de)(de)組分(fen)外有緩(huan)沖器(qi)的(de)(de)尺(chi)寸與(yu)位(wei)(wei)置(zhi)、管徑(jing)的(de)(de)大小、管系的(de)(de)分(fen)支的(de)(de)多少(shao)與(yu)位(wei)(wei)置(zhi)、各(ge)管段的(de)(de)長度、孔板及(ji)其安裝位(wei)(wei)置(zhi)、各(ge)管段的(de)(de)端點條件(jian)等。
②. 合理設計緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)并(bing)安裝(zhuang)在盡(jin)量靠近氣(qi)缸(gang)的位置。緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)是最簡單而有效的消振措施。它能使緩(huan)沖(chong)器(qi)(qi)后面的管道內的氣(qi)流變(bian)得緩(huan)和，其作用與柔性(xing)分析中的補償器(qi)(qi)相似。
要(yao)達(da)到理想的(de)減(jian)振效果，緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)應有足夠的(de)容積［可參照式（9-8）確定］。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)有兩(liang)種形式：一種是簡單的(de)無內件(jian)的(de)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)，另一種是有內件(jian)濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)。采用內件(jian)濾波型緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)可以更有效地控(kong)制(zhi)緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)后的(de)管道內的(de)壓(ya)力(li)脈動，適當減(jian)少緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)的(de)容積，但同(tong)時(shi)會增大阻力(li)降。緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)的(de)安裝應盡量(liang)靠近氣(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)，對上(shang)進氣(qi)(qi)(qi)(qi)下(xia)排氣(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)壓(ya)縮機，入口緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)應布置在氣(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)上(shang)方，并盡量(liang)靠近氣(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)。出口緩(huan)(huan)沖(chong)(chong)器(qi)(qi)應布置在氣(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)的(de)正下(xia)方并盡量(liang)靠近氣(qi)(qi)(qi)(qi)缸(gang)。
③. 合理的(de)(de)增設消振孔板。在(zai)容(rong)器(qi)(qi)的(de)(de)入口(kou)處加裝適(shi)當尺寸(cun)的(de)(de)孔板，可以(yi)將該管(guan)段內的(de)(de)壓力(li)(li)駐波變成行波，使管(guan)道(dao)尾端不(bu)再具有反射(she)條件，從而降低(di)了壓力(li)(li)不(bu)均勻度，達到(dao)減輕管(guan)道(dao)振動的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。加裝消振孔板同(tong)時(shi)又產生(sheng)局(ju)部阻(zu)力(li)(li)損失，所(suo)以(yi)壓縮(suo)機制造廠(chang)在(zai)確定(ding)緩沖器(qi)(qi)容(rong)積(ji)時(shi)一般不(bu)應(ying)考慮加裝孔板，但當緩沖器(qi)(qi)容(rong)積(ji)過大(da)無法制造安裝時(shi)，也可考慮加裝孔板，同(tong)時(shi)需對孔板的(de)(de)局(ju)部阻(zu)力(li)(li)損失進行核(he)算。
消振孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)孔(kong)(kong)(kong)徑比要(yao)經壓力(li)(li)脈動(dong)計算確定(ding)，一般孔(kong)(kong)(kong)徑比為0.43～0.5，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)厚(hou)度為3～5mm，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)內徑邊緣處必(bi)須保留銳(rui)利棱(leng)角，不得倒角，否(fou)則效果要(yao)降低。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)太厚(hou)會(hui)增大局部阻力(li)(li)損失，并產生噪聲。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)材料(liao)與管道(dao)相(xiang)同。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)形式與法蘭(lan)的(de)密封面(mian)相(xiang)適(shi)應。消振孔(kong)(kong)(kong)板(ban)通常(chang)安裝在緩沖器(qi)的(de)進出口管口處。
④. 設置(zhi)集(ji)管器。并(bing)機(ji)運行的(de)(de)(de)管道在匯合處(chu)脈(mo)動(dong)量會相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)疊加，疊加的(de)(de)(de)結果，有(you)時相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)抵消，有(you)時相(xiang)(xiang)(xiang)互(hu)加強，這就要看投入(ru)運行的(de)(de)(de)壓縮(suo)機(ji)的(de)(de)(de)曲柄(bing)錯角(jiao)，如果相(xiang)(xiang)(xiang)位一致則(ze)加強，相(xiang)(xiang)(xiang)位相(xiang)(xiang)(xiang)反則(ze)減弱。為避免在多機(ji)匯合處(chu)產生過(guo)大(da)脈(mo)動(dong)值，在匯合處(chu)設置(zhi)集(ji)管器，其尺(chi)寸(cun)太小(xiao)不影響緩沖作用。集(ji)管器的(de)(de)(de)設計原則(ze)是(shi)：集(ji)管器的(de)(de)(de)通(tong)流面(mian)積，應(ying)大(da)于所有(you)進氣管通(tong)流面(mian)積總和的(de)(de)(de)3倍。
⑤. 控制管系(xi)各(ge)管段的(de)壓(ya)力脈(mo)動值(zhi)，使其不(bu)超(chao)過式（9-6）的(de)計算值(zhi)。當(dang)主管道上(shang)的(de)壓(ya)力不(bu)均勻度(du)超(chao)標時，首先(xian)核算緩(huan)沖器容(rong)積(ji)，緩(huan)沖器容(rong)積(ji)不(bu)夠時，加(jia)(jia)(jia)大(da)(da)緩(huan)沖器容(rong)積(ji)，如(ru)果緩(huan)沖器已制造(zao)完畢或(huo)緩(huan)沖器太大(da)(da)難以制造(zao)時，采取加(jia)(jia)(jia)裝消振孔(kong)板方(fang)法。當(dang)分(fen)支管（如(ru)跨線(xian)、放空線(xian)等(deng)）脈(mo)動值(zhi)超(chao)標時，可適當(dang)加(jia)(jia)(jia)大(da)(da)該(gai)管管徑或(huo)在該(gai)分(fen)支的(de)適當(dang)位置加(jia)(jia)(jia)裝孔(kong)板。如(ru)果該(gai)分(fen)支的(de)末(mo)端為盲板或(huo)關閉的(de)閥(fa)門，應考慮改(gai)變該(gai)管段的(de)長度(du)。
在整個管系脈動(dong)值都(dou)控(kong)制在允許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內后，再進行管系結構振動(dong)的(de)計算，將機械振動(dong)的(de)振幅和動(dong)應(ying)力控(kong)制在允許(xu)的(de)范(fan)圍(wei)內。
5. 管(guan)道振動的控制(zhi)措施
①. 進行管(guan)(guan)系的機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率計(ji)算，使(shi)機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率（至少前三(san)階）與活(huo)塞激(ji)發(fa)頻(pin)(pin)(pin)率錯開(kai)并與氣柱(zhu)固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率（至少前三(san)階）錯開(kai)。通常對于中、低(di)壓管(guan)(guan)道(p≤8MPa)，管(guan)(guan)道機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率不(bu)低(di)于24Hz；對高壓管(guan)(guan)道（p>8MPa)，管(guan)(guan)道機(ji)械固(gu)有(you)(you)頻(pin)(pin)(pin)率不(bu)低(di)于28Hz。
②. 在(zai)管道柔性分(fen)析滿足的(de)前提下，應(ying)盡量(liang)減(jian)少轉(zhuan)彎(wan)，因為過(guo)多的(de)轉(zhuan)彎(wan)會(hui)減(jian)小管系的(de)剛(gang)度(du)，使管系的(de)機械固有(you)頻率降(jiang)低，并且(qie)在(zai)彎(wan)頭處產生激振力，從而發生振動(dong)。
③. 支架應采取(qu)防(fang)振(zhen)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)，而不能(neng)只(zhi)為(wei)承重或止推。因(yin)為(wei)防(fang)振(zhen)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)可以約(yue)束X、Y、Z三個方(fang)向的(de)線(xian)位移，對(dui)直徑較小的(de)管(guan)(guan)(guan)子(zi)甚至(zhi)可以約(yue)束RX、RY、RZ三個角位移，而承重或止推架卻只(zhi)能(neng)約(yue)束一個方(fang)向的(de)線(xian)位移。為(wei)保(bao)證管(guan)(guan)(guan)道與管(guan)(guan)(guan)卡(ka)充分接觸(chu)，在(zai)管(guan)(guan)(guan)卡(ka)與管(guan)(guan)(guan)道之間墊石(shi)棉橡(xiang)膠(jiao)板。
④. 支架(jia)的間距應滿足最(zui)小頻(pin)率的要求(qiu)。
⑤. 管道(dao)(dao)應(ying)盡量(liang)沿地面敷設，便于設置支(zhi)架(jia)，管道(dao)(dao)過高則(ze)支(zhi)架(jia)難(nan)以生根，同時支(zhi)架(jia)的剛度(du)很難(nan)保證。支(zhi)架(jia)的剛度(du)可(ke)參照(zhao)表9-15。
對于(yu)較高的支(zhi)架(jia)宜采(cai)用框架(jia)結構，單(dan)根(gen)立柱剛度(du)較小。
⑥. 為防止機組的(de)轉動不平衡力引起管系振動，進出(chu)口緩沖器(qi)要有牢固(gu)的(de)支承，靠(kao)近(jin)壓(ya)縮機的(de)管段的(de)支架應重(zhong)點考(kao)慮。
⑦. 在閥門等集中質(zhi)量處應加支架，因為集中質(zhi)量處振(zhen)動頻率低。
6. 氣體的(de)壓(ya)力(li)脈動
往復壓(ya)縮機的活塞在氣(qi)缸(gang)中進(jin)行周期性(xing)(xing)往復運動(dong)，引起(qi)吸(xi)排氣(qi)呈(cheng)間歇性(xing)(xing)和周期性(xing)(xing)，管內氣(qi)體壓(ya)力不(bu)但隨位置變(bian)化，而且隨時(shi)間作周期性(xing)(xing)變(bian)化，這種現象(xiang)稱為氣(qi)體壓(ya)力脈(mo)動(dong)。壓(ya)力脈(mo)動(dong)的大小通常用壓(ya)力不(bu)均勻度來衡量。壓(ya)力不(bu)均勻度的表達(da)式如下：
