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1、18:121气流脉动与管道振动气流脉动与管道振动彭学院彭学院Tel: 029-82663785 Email: 西安交大压缩机研究所西安交大压缩机研究所18:122彭学院彭学院6.1 气流脉动与管道振动的危害气流脉动与管道振动的危害? 压缩机管路为何存在气流脉动？压缩机管路为何存在气流脉动？? 压缩机管路内气体压力和流量的周期性波动（脉动）压缩机管路内气体压力和流量的周期性波动（脉动）? 由压缩机周期性吸、排气导致由压缩机周期性吸、排气导致? 管路内任何流量或压力的扰动，都会传递到相连通的管路系统中，引 起气流脉动管路内任何流量或压力的扰动，都会传递到相连通的管路系统中，引 起气流脉动? 所有压
2、缩机都存在不同程度的气流脉动所有压缩机都存在不同程度的气流脉动0501001502002503003504000100200300400500? ? ? ? ?realfourier18:123彭学院彭学院6.1 气流脉动与管道振动的危害气流脉动与管道振动的危害? 气流脉动的危害气流脉动的危害? 降低压缩机容积效率降低压缩机容积效率? 增加压缩机功率消耗增加压缩机功率消耗? 恶化气阀工作条件恶化气阀工作条件? 激发管道振动激发管道振动? 影响稳定供气影响稳定供气 ?注意：注意：吸气共振增压吸气共振增压60901201501802102400.00.20.40.60.81.0lifL/mmCra
3、nk Angle/deg18:124彭学院彭学院6.1 气流脉动与管道振动的危害气流脉动与管道振动的危害? 压缩机的管道振动压缩机的管道振动? 气流脉动激发管道振动气流脉动激发管道振动? 产生于力不平衡处产生于力不平衡处? 弯管弯管? 变截面变截面? 阀门阀门? 盲板盲板? 惯性力不平衡引起机身振动也会 诱发管道振动惯性力不平衡引起机身振动也会 诱发管道振动? 只发生在压缩机附近只发生在压缩机附近18:125彭学院彭学院6.1 气流脉动与管道振动的危害气流脉动与管道振动的危害? 管道振动的危害管道振动的危害?管道及附件（分离罐等）应力过大：疲劳破坏、破裂管道及附件（分离罐等）应力过大：疲劳破坏
4、、破裂?仪器、仪表及管路部件、支撑松动、破坏仪器、仪表及管路部件、支撑松动、破坏?反过来引起压缩机机身振动：运动件疲劳、过载，降低压缩机可靠性反过来引起压缩机机身振动：运动件疲劳、过载，降低压缩机可靠性?基础振动、应力过大（建筑物、船舶、车辆上安装压缩机的情况有影响）基础振动、应力过大（建筑物、船舶、车辆上安装压缩机的情况有影响）? 代表性案例代表性案例? 临沂城市用管道临沂城市用管道煤气气柜摇晃煤气气柜摇晃? 克拉马依油田克拉马依油田天然气管道断裂天然气管道断裂? 华北油田管道华北油田管道阀门断裂阀门断裂18:126彭学院彭学院6.2 解决气流脉动问题的思路与措施解决气流脉动问题的思路与措施
5、? 控制气流脉动激发源控制气流脉动激发源? 减少压缩机每个行程中的吸、排气量减少压缩机每个行程中的吸、排气量? 提高转速提高转速? 增加每周期工作的容积数（气缸数 、螺杆齿数、滑片数）增加每周期工作的容积数（气缸数 、螺杆齿数、滑片数）? 单作用改为双作用单作用改为双作用2，4，61，2，3激发气流脉动的 主要阶次在吸气、排气管道上激发的方式气缸作用方式18:127彭学院彭学院6.2 解决气流脉动问题的思路与措施解决气流脉动问题的思路与措施? 控制气流脉动响应控制气流脉动响应（1）避开气柱共振）避开气柱共振? 气柱共振：脉动激发频率与气柱固有频率重合时，脉动响应非常大气柱共振：脉动激发频率与气
6、柱固有频率重合时，脉动响应非常大? 重合：工程上重合：工程上? 完全避开气柱共振不可能：气柱系统存在无穷多个固有频率完全避开气柱共振不可能：气柱系统存在无穷多个固有频率? 尽可能避开低阶气柱共振：低阶气柱共振影响大尽可能避开低阶气柱共振：低阶气柱共振影响大? 尤其是要避开基频的气柱共振尤其是要避开基频的气柱共振? 基频:旋转周期内吸/排气次数（或主激发频率）基频:旋转周期内吸/排气次数（或主激发频率）? API 618推荐的方法：容管容型推荐的方法：容管容型Helmholtz共鸣器共鸣器? 共鸣器的截止频率一般达到主激发频率的1.33倍共鸣器的截止频率一般达到主激发频率的1.33倍? 500r
7、/min以上高转速压缩机达到主激发频率的0.7倍以下500r/min以上高转速压缩机达到主激发频率的0.7倍以下1018:128彭学院彭学院6.2 解决气流脉动问题的思路与措施解决气流脉动问题的思路与措施? 控制气流脉动响应控制气流脉动响应（2）提高脉动缓冲效果）提高脉动缓冲效果? 增加缓冲管、分离罐等各类容器的容积增加缓冲管、分离罐等各类容器的容积? 尽量使容器靠近压缩机尽量使容器靠近压缩机? 集管器通流面积大于分支管面积和的集管器通流面积大于分支管面积和的3倍倍? API618对缓冲管的容积大小做了推荐对缓冲管的容积大小做了推荐? 针对初次设计且没有脉动分析能力的情况，偏保守针对初次设计且
8、没有脉动分析能力的情况，偏保守? 脉动分析证明管路脉动符合API的要求，不必满足容积要求脉动分析证明管路脉动符合API的要求，不必满足容积要求? API618对脉动幅值大小做了推荐对脉动幅值大小做了推荐?18:129彭学院彭学院6.2 解决气流脉动问题的思路与措施解决气流脉动问题的思路与措施? 控制气流脉动响应控制气流脉动响应（3）设置孔板）设置孔板? 大容器出口法兰处设置孔板大容器出口法兰处设置孔板? 孔板内径在管道内径的 0.40.6倍孔板内径在管道内径的 0.40.6倍? 孔板紧靠容器入口或出口孔板紧靠容器入口或出口? 孔板效果孔板效果? 理论上孔板之后管路内为 行波理论上孔板之后管路内
9、为 行波? 附近压力脉动可降50， 远处衰减幅度略低附近压力脉动可降50， 远处衰减幅度略低? 孔板也会增加孔板也会增加流动阻力流动阻力? 对发生共振管路作用不大 （不要滥用）对发生共振管路作用不大 （不要滥用）18:1210彭学院彭学院6.2 解决气流脉动问题的思路与措施解决气流脉动问题的思路与措施? 控制气流脉动响应控制气流脉动响应（4）采用脉动衰减器）采用脉动衰减器? 解决气流脉动问题的有效措施解决气流脉动问题的有效措施? 容管容型衰减器就是一种脉动衰减器容管容型衰减器就是一种脉动衰减器? 多个容器与管子之间进行不同组合，就形成各种各样衰减器多个容器与管子之间进行不同组合，就形成各种各样
10、衰减器? Helmholtz共鸣器共鸣器18:1211彭学院彭学院6.3 解决管道振动问题的思路与措施解决管道振动问题的思路与措施? 降低管道振动激发降低管道振动激发? 控制整个管系的压力脉动幅值控制整个管系的压力脉动幅值? 尽量减少弯管、异径管等产生振动激发力的元件尽量减少弯管、异径管等产生振动激发力的元件? API618的推荐做法：的推荐做法：? 当压力脉动超标时，检查管道振动激发力是否超出推荐的范围? 若激发力未超出推荐范围，则不必进行振动分析? 否则，需要进一步采取措施降低压力脉动，并进行振动分析? API618推荐了振动激发力允许范围18:1212彭学院彭学院6.3 解决管道振动问题
11、的思路与措施解决管道振动问题的思路与措施? 控制管道系统的振动响应控制管道系统的振动响应（1）避开结构共振）避开结构共振?结构共振：管系结构固有频率与压缩机主激发频率或倍频重合结构共振：管系结构固有频率与压缩机主激发频率或倍频重合?管系结构固有频率需要通过管道结构模态分析得到管系结构固有频率需要通过管道结构模态分析得到?固有频率在振动激发频率范围内时，就认为会发生共振固有频率在振动激发频率范围内时，就认为会发生共振? 复杂管系结构固有频率20的计算误差很常见，而气柱固有频率计算误差能 在5以内复杂管系结构固有频率20的计算误差很常见，而气柱固有频率计算误差能 在5以内? 原因1：管路系统支撑及
12、支撑与管道连接处的刚性与实际值有较大偏差原因1：管路系统支撑及支撑与管道连接处的刚性与实际值有较大偏差? 原因2：软件使用者需要丰富的工程经验原因2：软件使用者需要丰富的工程经验?只能设法避开低阶共振只能设法避开低阶共振?偏差范围使得高阶共振很难避开偏差范围使得高阶共振很难避开? 而且高阶共振时响应远不如低阶而且高阶共振时响应远不如低阶?API 618推荐：结构固有频率应高于压缩机转速对应的频率的推荐：结构固有频率应高于压缩机转速对应的频率的2.4倍倍?脉动脉动/振动振动激发主频率激发主频率（基频），（基频），倍频倍频（基频的整数倍）（基频的整数倍）?气柱固有频率气柱固有频率（气流脉动）（气流
13、脉动）?结构固有频率结构固有频率（管道振动）（管道振动）20脉动与振动 问题中的脉动与振动 问题中的 频率频率2018:1213彭学院彭学院6.3 解决管道振动问题的思路与措施解决管道振动问题的思路与措施? 控制管道系统的振动响应控制管道系统的振动响应（2）降低振动幅值）降低振动幅值? 振动模态分析和响应分析基础上提出措施振动模态分析和响应分析基础上提出措施? 管道尽量沿地面敷设管道尽量沿地面敷设? 提高支撑刚度，进而提高整个管系刚度提高支撑刚度，进而提高整个管系刚度? 发生振动问题时也便于采取措施发生振动问题时也便于采取措施? 支撑应采用防振管卡或固定支架支撑应采用防振管卡或固定支架? 不能
14、用简单支托，更不能用吊架不能用简单支托，更不能用吊架? 防振管卡尽量用扁钢，不用圆钢（增加接触力）防振管卡尽量用扁钢，不用圆钢（增加接触力）? 管卡与管道之间用石棉垫管卡与管道之间用石棉垫? 支架应设独立基础，尽量避免在压缩机基础或厂房梁柱上支架应设独立基础，尽量避免在压缩机基础或厂房梁柱上? 支撑不是越多越好，太多反而使管道应力过大支撑不是越多越好，太多反而使管道应力过大? API 618对管道振动的幅值和应力做了要求对管道振动的幅值和应力做了要求18:1214彭学院彭学院6.3 解决管道振动问题的思路与措施解决管道振动问题的思路与措施? 现场解决管道振动问题现场解决管道振动问题?现场信息要
15、了解充分?局部还是整体振动严重？局部还是整体振动严重？?加载过程中还是稳定运行时？加载过程中还是稳定运行时？?变速时如何？变速时如何？?现场管路布置情况（特别是缓冲罐、支撑情况）？现场管路布置情况（特别是缓冲罐、支撑情况）？?气流脉动情况如何？气流脉动情况如何？?判断要正确：是否由气柱共振或者结构共振引起？?共振与否措施相应不同（共振情况下必须调整管路或 者支撑结构）1.固有频率从1.固有频率从2.6Hz提高到提高到 12.2Hz，避开了低阶结构共振，避开了低阶结构共振2. 分离器出口振动最大幅值明 显降低（分离器出口振动最大幅值明 显降低（1.2mm ? 0 12()txCC t e=+11
16、8:1231彭学院彭学院6.5 管道振动的分析方法管道振动的分析方法? 单自由度系统的振动单自由度系统的振动（3）简谐激振力作用下的单自由度系统强迫振动）简谐激振力作用下的单自由度系统强迫振动? 描述描述? 模型模型? 方程方程? 方程的解方程的解? 齐次方程的通解齐次方程的通解：振幅逐渐衰减的周期性振动（欠 阻尼）或非周期性运动（过阻尼或临界阻尼）：振幅逐渐衰减的周期性振动（欠 阻尼）或非周期性运动（过阻尼或临界阻尼）? 非齐次方程的特解：非齐次方程的特解：?0sinFt0sinmxcxkxFt+=?22 002sinxxxBt+=?2c m=0=0FBk=sin()xBt= 2 2220011 () 4()= +0202 arctan 1 () = 18:1232彭学院彭学院6.5 管道振动的分析方法管道振动的分析方法? 单自由度系统的振动单自由度系统的振动（4）任意周期激振力作用下的单
