大型活塞式壓縮機管道振動原因分析與減振技巧

大型活塞式壓縮機管道振動原因分析與減振技巧曾明星李一波陳剛活塞式壓縮機是化工生產(chǎn)中提高壓力和輸送介質(zhì)的動力源，俗有“心臟”之稱。大型活塞式壓縮機在中氮行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。但其管道振動問題嚴(yán)重影響了安全生產(chǎn)，管道本身、管道附件產(chǎn)生疲勞破壞，使連接部件松動，輕則造成管道裂紋、泄漏，重則造成中毒、爆炸、著火等惡性安全事故。1振動原因分析1?1激振力分析由于大型活塞式壓縮機吸排氣為間歇性且吸排氣量大，使氣流的壓力和速度呈周期性變化且氣流脈動大。在管道的彎頭、異徑管、控制閥、直管段等部位產(chǎn)生較大的激振力，引起了管道的振動。1.1.1直管直管段的受力如圖一所示。設(shè)管道的截面積為s，管內(nèi)壓力為P，P可以分解為一平均壓力Pm與脈動壓力P、平均壓力Pm看作靜壓力，在管道振動問題中可以不考慮，而脈動壓力P】引起管道在如圖中虛線I與虛線II之間的周期性變形，即沿軸向伸長與收縮變形以及沿徑向的擴大與縮小變形，也就是管道振動的振幅位置。1?1?2彎頭1?1?3異徑管異徑管受力如圖三所示。與直管一樣只考慮壓力脈動部分。其變形除了與直管段類似的沿軸向伸長與收縮變形以及沿徑向的擴大與縮小變形之外，還增加了由于p1S1-p1S2引起的軸向往復(fù)運動。壓縮機工藝管道一般同時具有直管、彎頭、異徑管等，因此，各種變形疊加形成了管道的周期性振動位移，其方向多樣。1?2氣柱振動系統(tǒng)分析往復(fù)壓縮機管路內(nèi)輸送的氣體，其平均流速相對氣體介質(zhì)中的聲速低得多，故可視氣體為靜止的。這種靜止的氣體稱為氣柱。氣柱可以壓縮、膨脹，是一個彈性體，氣柱又有一定的質(zhì)量，故氣柱本身是一個振動系統(tǒng)。當(dāng)氣柱受到一定的激發(fā)之后，就會形成一定的受迫振動。振動的結(jié)果表現(xiàn)為壓力脈動，當(dāng)脈動的氣柱遇到彎頭、三通、異徑管等時就形成激振力。當(dāng)激發(fā)頻率與氣柱固有頻率(通常是多個)之一相等或相近時，就會激發(fā)氣柱形成強烈的脈動，稱為氣柱共振。如果激發(fā)頻率與管段的固有頻率相等或相近，此時氣柱處于共振狀態(tài)的長度稱為共振管長。1?3機械振動系統(tǒng)分析由管道、管道附件、容器、支架等構(gòu)成，受到激發(fā)后產(chǎn)生機械振動響應(yīng)，即通常所說的管道振動。當(dāng)激發(fā)力的頻率與管道結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率之一相等或相近時，就形成了機械共振，此時出現(xiàn)最大的振動幅度。當(dāng)激發(fā)頻率、氣柱固有頻率、管道結(jié)構(gòu)固有頻率三者相等或相近時，出現(xiàn)最嚴(yán)重的管道振動。2管道減振措施往復(fù)活塞式壓縮機氣流脈動無法避免，故管道振動也無法避免，我們要盡可能地把振動控制在一定范圍，保證管系長周期使用不破壞。在采取管道減振措施時切忌不作任何分析盲目減振，不但效果不好，而且有可能加速管道的失效。如表一所示針對不同的原因采取不同的減振措施。表一減振方法應(yīng)用場合減振技巧與注意事項增設(shè)管架激振力大引起振動機械共振a+b1、管架盡可能增設(shè)在振幅最大處。2、在靠近彎頭的兩端，在接近三通交叉處的三個支管上均應(yīng)設(shè)置管卡。不可只在某一點強行固定，而要多點分散固定，盡可能降低管道的附加應(yīng)力。3、盡可能在振源點設(shè)置管卡。4、根據(jù)激振力產(chǎn)生方向設(shè)計管架的強度與剛度。5、管道固定的位置應(yīng)是其自由狀態(tài)，切忌撇勁而增加附加載荷。6、在具有振動的場合應(yīng)避免管道與管道、管道與管架、管道與緊固螺栓等直接摩察。增設(shè)孔板氣流脈動大引起振動1、孔板尺寸：開口比d/D=0.43~0.5,厚度h=3~5mm。2、孔板內(nèi)孔無倒角。3、容器前管道振動，孔板加在靠近容器前法蘭處；容

器后管道振動，孔板加在靠近容器后法蘭處。設(shè)計改造管道彎頭過多等引起激振力過大氣柱共振機械共振a+b+c或兩兩相加1、盡可能縮短管長，減少彎頭與異徑管等數(shù)量，減少激振力。2、避開共振官長。3、采用較大的管道轉(zhuǎn)彎曲率半徑，增大脈動的阻尼作用。4、可通過增設(shè)管架或增大管道直徑或厚度(但必須保證強度與工藝要求)增大管系剛度、質(zhì)量來改變機械振動頻率。增設(shè)緩沖器氣流脈動大引起振動1、要有安裝與檢修空間。2、緩沖器離氣缸越近越好。3、緩沖器容積足夠大(參考有關(guān)專者計算)。增設(shè)聲學(xué)濾波器氣流脈動大引起振動1、容器公稱直徑D為4倍管道內(nèi)徑d。2、容器長度L為12~16d。3、帶孔管的流通截面積等于或大于進氣管的流通截面積。4、帶孔管上小孔的孔徑為帶孔管直徑的1/4,孔間距離為帶孔管直徑的1/3。以上方法綜合使用以上多種因素引起振動1、通過分析計算找出引起振動的主要因素重點處理，再綜合采取其它方法。其它(a)管道根部經(jīng)常裂紋1、若采取一系列消振措施仍然有一定振動或由條件限制而振動難以消除時，在管道根部增加筋板，降低根部局部應(yīng)力，逐漸釋放振動應(yīng)力。此方法對異徑三通或小管道避免振動裂紋效果較好。(b)備用設(shè)備管道振動1、備用設(shè)備管道振動是由于具有盲管段，通過增設(shè)閥門切斷盲管段氣柱可徹底消除振動.3結(jié)束語采取以上減振