往复式压缩机管道振动分析

中国西部科技　２００８年１２月（中旬）第０７卷第３５期总第１６０期　

往复式压缩机管系的振动分析及控制措施　

贺亚刚　

（常州工程职业技术学院，江苏常州２１　３１　６４）　

摘要：本文分析了往复式压缩机管系的特点、管道振动的机理与对策，介绍了振动分析所使用的美国ＡＰＩ６１　８等控制标　

准，并提出了管道压力脉动控制措施及振动控制措施。　

关键词：往复式压缩机；管系；振动分析；控制措施　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ａｎｄ　ｉｔｓ　Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ＨＥ　一ｇａｎｇ　（Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３　Ｇｅ　Ｈｕ　Ｚｈｏｎｇ　Ｒｏａｄ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　ｌｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，２　１　３　１　６４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｐｉｐｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｓｔａｔｅｓ　ＡＰＩ６　１　８　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｕｌｓａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗ０ｒｄｓ：ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｓｙｓｔｅｍ；ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　

ｌ　往复式压缩机管系的特点　

故障分析　Ｆａｕｌｔ＾ｎａ　ｓ　

文章编号：１００６—２９７１（２０１２）０５—００５６—０４　

往复压缩机工艺管道振动分析及消减措施　

董立新　。陈军　，沈磊　，张旭　，胡志毅　

（１．吐哈油田公司甲醇厂，新疆都善８３８２０２；２．长庆油田长南气田开发项目部，陕西定边７１８６００）　

摘要：通过对甲醇往复压缩机工艺管道振动危害进行讨论，分析引起振动异常的原因，提出抑制和消减振动的实施办法，　并在生产实践中取得了良好的效果，有效地保证了解决了ＣＭ一２０３Ｅ机组正常的运行。　

关键词：往复压缩机；管道振动；气流脉动；防振　中图分类号：ＴＨ４５７　文献标志码：Ｂ　

Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　

ＤＯＮＧ　Ｌｉ—ｘｉｎ　，ＣＨＥＮ　Ｊｕｎ　，ＳＨＥＮ　Ｌｅｉ　，ＺＨＡＮＧ　Ｘｕ　，ＨＵ　Ｚｈｉ—ｙｉ。　（１．Ｔｕｈａ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　Ｐｌａｎｔ，Ｓｈａｎｓｈａｎ　８３８２０２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈａｎｇｎａｎ　Ｇａｓ　Ｆｉｅｌｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｐｒｏｊｅｅｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ　Ｏｉｌｆｉｅｌｄ　Ｄｉｎｇｂｉａｎ　７１８６００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｈａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ　ｅｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｏｆ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ．Ｉｔ　ｈａｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　

气流脉动引起往复压缩机管道系统振动的分析

摘要:管道及其支架和与之相连接的各种设备或装置构成一个复杂的机械系统,该系统产生的振动是由多种原因引起的,其中最主要原因之一是由于气流脉动引起,气流脉动激发管路作机械振动。

关键词:气流脉动 压缩机 振动

气流在管路中流动如没有压力和速度的波动,则气流对管路只有静力作用而无动力作用,也就不会引起振动。由于活塞式压缩机,吸、排气过程是间歇性的。使气流的压力和速度呈周期性的变化,导致管内气体呈脉动状态,致使管内气体参数不仅随位置变化,而且随时间作周期性变化,如压力、速度、密度等,这就产生了气流脉动。若将气体在管道内的流动视为一元流动,则气体各参数除和时间有关外,还与气体在管道中所处的位置有关,因此这种流动属于非定常流动。所谓气流脉动指像上述所述不仅随位置变化,而且随时间变化的现象称为气流脉动。气流压力的脉动和速度的脉动统称为气流脉动。实际上,由于气流脉动而引起施加在管道上的干扰力(如气流通过弯管或通流截面变化处),也确是压力脉动和速度脉动的共同结果.但是,在压缩机管道中,这种干扰力属于因速度脉动引起的还不到10%,因此主要是压力脉动所引起。这种脉动使得气流对管路产生激振力。在弯头、异径管、阀门和盲板等处其冲击作用尤为明显。

1 气流的压力脉动 往复压缩机的工作特点是活塞在气缸中作往复运动。因为压缩机吸气、排气的间歇性,使管道内气流呈脉动状态,由此可见压力脉动是管道产生振动的主要振源。压力随时间的变化如图1所示。

压力脉动的幅度通常以压力不均匀度δ表示,压力不均匀度是在正常情况下管路内出现的最高峰值压力与最低峰值压力的差除以平均压力所得的百分比。只要有压力不均匀度δ=存在,管道就会发生振动,压力不均匀度的表达式如下:

式中——管道平均压力(绝),[MPa];——管道内径,[mm];——脉动主频率,[Hz]。

压力脉动在管道中沿气柱(所谓气柱是指管道系统内的气体)这个弹性体以声速进行传播。同时,致使管道中的不同位置随着波峰和波谷到达的时间不同在同一瞬间的压力是不同的。在相邻的两个弯头处,由于压力波的相位有差异,使得两处的压力瞬时值有差异,产生一个压差,这个压差乘以管道的横截面积就是一个沿管道轴向的不平衡力F,即F=A。由于和是周期性变化的,所以不平衡力F出现周期性变化,管道在这个周期性变化的不平衡力F作用下产生振动,即由不平衡力引起的振动,振动方向沿管道的轴向,振动频率等于活塞的激发频率。

往复式压缩机出口管道振动分析及消振措施研究

前言

管道振动是往复式压缩机出口管线常见的故障之一。往复式压缩机是炼油和化工装置中的重要设备。其出口管道的振动对安全生产是一个很大的威胁。它会引起: (1) 管道的疲劳损伤, 尤其可能使小口径管道损坏; ( 2) 管道保温材料的破损;( 3) 测量仪表及导管的损坏和控制系统误动作;(4) 管道摆动或振动以及噪声对人的影响等。强烈的管道振动使得管路附件的连接部位发生松动和破裂, 轻则造成泄漏, 重则引起爆炸。通常引起往复式压缩机出口管道振动的原因往往很复杂,只有通过正确诊断和分析,才能找出引起管道振动的主要原因,并采取有效的措施消除隐患。因此, 管道设计时必须充分重视管道振动的消除和控制。对出现强烈振动的管道, 需要分析原因, 采取减振措施。

1、管道振动原因分析

压缩机气体管道系统主要有3个振动源:

（1）气流压力脉冲在管件处冲击振动;

（2）管道内气柱的振动（共振）；

（3）管道的机械振动；

（1）气流压力脉动

往复式压缩机工作特点是吸、排气流呈间歇性和周期性。因此会激发进、出口管道内的流体呈脉动状态, 使管内流体参数随位置及时间作周期性变化, 这种现象称为气流脉动。管道内气流

压力随时间变化的情况如图 1 所示。

压力脉动越大,管道振动的振幅和动应力越大。脉动气流会严重影响阀门的正常开关,还会引起管系机械振动,使管件疲劳破坏而发生泄漏,甚至造成火灾爆炸等严重事故。往复式压缩机的气流压力脉动除了可能引起气柱共振之外,管道中的压力和速度波动在管道的转弯处、截面变化处和各种阀件、盲板处还可能产生冲击作用,引起管道振动和噪声。下图所示的一段等截面管弯头,设弯管的直径为d,弯管的转角β,弯管进气口处的压力为P。

(2)管道内气柱的振动

管道内气体构成一个系统,称为气柱。气柱本身具有的振动频率称为气柱固有频率。活塞的往复式运动的频率称为激发频率,管道及其组成件组成一个系统,该系统结构本身具有的振动频率称为管系机械固有频率ｆ。把(0.8～1.2)ｆ的频率范围作为共振区,当气柱固有频率落在激发频率的共振区内时,则发生气柱共振,产生较大压力脉动。管系机械固有频率落在激发频率的共振区或气柱固有频率的共振区时,则发生结构共振。因此必须避免发生气柱共振及结构的共振。