压缩机管道振动原因及应对措施研究

故障诊断专家系统 2013-12-16 19:49:28
  一、管道振动的原因
  压缩机及其管线,管线及其支架,这些相连结的各种设备或装置构成了一个复杂的机械结构系统,该系统产生振动是一个受多种因素影响的过程,主原因有以下3点:
  1.管流脉动管道流体的压力,速度,密度等参数随时间呈周期性变化的现象称管流脉动。往复压缩机由于吸,排量的间歇性和周期性使管道流体的压力,速度,密度等参数发生变化,这种变化既表现在随位置的变化也表现在随时间的变化上。脉动气流在管道运输过程中遇到弯管,三通,阀门,法兰,盲板,异径管等管道元件时会产生随时间变化的激振力,这些激振力作用于管道和附属设备产生振动。
  2.由于设备装配不当或者基础设计不当引起的振动压缩机运动机构不平衡质量产生的惯性力或基础设计不当都可以引起机组和管道振动,安装应符合安装规范,保证其振动在设计范围之内。地脚支承不稳定,无法有效吸收管线振动能量,因此管道振动往往是基础设计不当造成的。压缩机API标准(API617-2002)第三章333对压缩机的地板和垫板装配做出了明确规定,按照装配图进行安装可以有效的降低管道的振动。
  地脚支撑不稳,基础松动会引起压缩机本身和管线的剧烈振动,即使是在空载情况下也会导致机组的剧烈振动。所以在实际操作中装配一般符合安装规范,如果设备和管线振动异常剧烈时,首先考虑的就是地脚螺栓,基础有没有松动等。
  3.共振
  气柱共振:管路系统内所容纳的气体称为气柱。气柱本身就像振动系统中的弹簧一样,气柱可以压缩膨胀,并有一定的质量。因此,气柱本身就是一个振动系统,在一定激发力作用下会发生振动。压缩机活塞运动时周期性地向管路吸气,排气对管路中的气体产生激振力,引起气柱振动。气柱共振是指压缩机激发频率为(08~12)倍的气柱共振频率时,管道中的气柱处于共振状态,此时气流压力脉动异常严重,引起影响气柱固有频率的因素除介质(气体)的组成外,还有缓冲器的尺寸和设置位置,接管直径的大小,管系的分支,直管段长度,管段端点状态等,改变这些条件可以改变气柱的固有频率。
  对于简单管系,可以通过计算和改变共振管长来简化设计,以避开共振。所谓的共振管长是指当激发频率一定时,导致气柱发生共振的光直管管段长度。共振管长可以分为下列几种情况进行计算(a)一端为开端,一端为闭端情况
  此种情况下,与管道连接的容器,一端容积较小,一端容积较大,例如缓冲器至压缩机气缸入口和压缩机气缸出口至缓冲管之间的管道。
  (b)两端均为闭端情况,两端均为开端情况此种情况下,(2)管道机械共振:由管子,管件和支架组成的管道本身也是一个弹性系统。管道系统根据配管情况,支撑的类型和位置,也会有一系列的固有频率,当激发频率与某阶固有频率相等或相近时,便发生管道的机械共振。
  当激发频率为(08~12)倍的管道各阶次固有频率(尤其是低阶次)之外时,就可以避开管道的机械振动。与气柱共振一样,机械共振在工程设计中是必须避免的。当管系的固有频率不能完全错开激振频率时,应调整管系结构,使之最终满足要求。
  二、振动消减措施针对上述原因,往复压缩机管道振动解决办法有3点:
  1.控制管流脉动,不产生谐振;
2.紧固地脚螺栓,压缩机基础等,消除松动引起的机体与管道的振动;
3.调整管线的固有频率,调整管系的气柱振动频率,使其不与激发频率相一致,消除或者降低共振引起的管道振动。


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