大型活塞式压缩机管道振动原因分析与减振技巧

大型活塞式压缩机管道振动原因分析与减振技巧

曾明星李一波陈刚

活塞式压缩机是化工生产中提高压力和输送介质的动力源，俗有“心脏”之称。大型活塞式压缩机在中氮行业得到了广泛的应用。但其管道振动问题严重影响了安全生产，管道本身、管道附件产生疲劳破坏，使连接部件松动，轻则造成管道裂纹、泄漏，重则造成中毒、爆炸、着火等恶性安全事故。

1 振动原因分析

1·1 激振力分析

由于大型活塞式压缩机吸排气为间歇性且吸排气量大，使气流的压力和速度呈周期性变化且气流脉动大。在管道的弯头、异径管、控制阀、直管段等部位产生较大的激振力，引起了管道的振动。

1·1·1 直管

直管段的受力如图一所示。设管道的截面积为s，管内压力为P，P可以分解为一平均压力Pm与脉动压力P1。平均压力Pm看作静压力，在管道振动问题中可以不考虑，而脉动压力P1引起管道在如图中虚线Ⅰ与虚线Ⅱ之间的周期性变形，即沿轴向伸长与收缩变形以及沿径向的扩大与缩小变形，也就是管道振动的振幅位置。

1·1·2 弯头

1·1·3 异径管

异径管受力如图三所示。与直管一样只考虑压力脉动部分。其变形除了与直管段类似的沿轴向伸长与收缩变形以及沿径向的扩大与缩小变形之外，还增加了由于P1S1-P1S2引起的轴向往复运动。

压缩机工艺管道一般同时具有直管、弯头、异径管等，因此，各种变形叠加形成了管道的周期性振动位移，其方向多样。

1·2 气柱振动系统分析

往复压缩机管路内输送的气体，其平均流速相对气体介质中的声速低得多，故可视气体为静止的。这种静止的气体称为气柱。气柱可以压缩、膨胀，是一个

弹性体，气柱又有一定的质量，故气柱本身是一个振动系统。当气柱受到一定的激发之后，就会形成一定的受迫振动。振动的结果表现为压力脉动，当脉动的气柱遇到弯头、三通、异径管等时就形成激振力。当激发频率与气柱固有频率（通常是多个）之一相等或相近时，就会激发气柱形成强烈的脉动，称为气柱共振。如果激发频率与管段的固有频率相等或相近，此时气柱处于共振状态的长度称为共振管长。

1·3 机械振动系统分析

由管道、管道附件、容器、支架等构成，受到激发后产生机械振动响应，即通常所说的管道振动。当激发力的频率与管道结构系统的固有频率之一相等或相近时，就形成了机械共振，此时出现最大的振动幅度。

当激发频率、气柱固有频率、管道结构固有频率三者相等或相近时，出现最严重的管道振动。

2管道减振措施

往复活塞式压缩机气流脉动无法避免，故管道振动也无法避免，我们要尽可能地把振动控制在一定范围，保证管系长周期使用不破坏。在采取管道减振措施时切忌不作任何分析盲目减振，不但效果不好，而且有可能加速管道的失效。如表一所示针对不同的原因采取不同的减振措施。

表一

3 结束语

采取以上减振措施后，湖南金信化工有限责任公司合成氨系统的9台大型压缩机的管道振动问题取得了良好的效果，很少由于管道振动而产生管道裂纹。为压缩机的长周期安全稳定运行打下了良好的基础，每年为该公司挽回了上百万元的经济损失。

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