［摘要］ 活塞式壓縮機的管道振動，不僅會使管道與閥門、附件等的連接松動，還會使管道疲勞破壞并產生裂縫，嚴重時導致介質大量泄漏，引起燃燒爆炸。除此之外，振動還會影響吸、排氣效果，機組效率降低。因此，活塞式壓縮機的防振是一個非常重要的課題。現就活塞式壓縮機管道振動產生的原因及防振措施作了分析，提出了防振措施，給出了應用實例。 ［關鍵詞］ 活塞式壓縮機 管道振動 氣流脈動 防振 措施 一、活塞式壓縮機管道振動產生的原因 活塞式壓縮機產生管道振動的原因很多。歸納起來主要有兩方面，一方面來源于壓縮機本身的慣性力和力矩，另一方面來源于氣流脈動。實踐證明，現在使用的壓縮機所產生的管道振動，大多數為氣流脈動所引起。因此，消除管道振動的首要措施是消除氣流脈動，下面就氣流脈動引起振動的原因作一討論。 氣流脈動引起的管道振動，同時存在兩個振動系統，一個是氣柱振動系統，另一個是機械振動系統。 1．氣柱振動系統 管路系統內所容納的氣體通常叫氣柱，由于氣柱可以壓縮膨脹，并有一定的質量。因此，氣柱本身就是一個振動系統，當氣柱受到一定激發后，會形成一定的受迫振動。壓縮機的運行對管路產生周期性的激發，當氣柱對此激發作出響應時，就形成氣柱受迫振動，振動的結果表現為壓力脈動。一般活塞式壓縮機出口所產生的脈動壓力，相對于管內平均壓力比較小，而管道內的阻尼很大，因而它所引起的氣柱振動不會太大。但當激發頻率與氣柱固有頻率相等或相近時，就會激發氣柱產生氣柱共振。 簡單管道氣柱固有頻率計算公式如下： （1）一端封閉一端開啟的管路（見圖1） 式中 c——聲速； L——共振管長； i——階次。 （2）兩端均為封閉管路（見圖2） 管道上容器容積大于10倍管道容積時可視為開啟端，壓縮機出、入端可看為封閉端。 2．管道振動系統 管道結構也是一個振動系統，當脈動氣流遇到管路彎頭或管截面變化時，會產生激振力，在它的激發下，管道系統作出響應，形成管道振動，壓力波動越大，激發力越大，管道振動就越強烈。現以彎管為例（見圖5），說明激振力產生的原因及影響激振力大小的有關因素。 式中 R——彎管上的激振力； p——管道內氣流的脈動壓力值； S——管道通流面積； β——彎管彎角。 R就是由于脈動壓力引起作用在彎管上的激振力，彎角越大，激振力越大。 R的大小還與氣流的壓力脈動有關，脈動壓力p越大，R越大。壓力脈動的幅度可由壓力不均勻度來表達 管道振動系統還存在著另外一種情況，引起管道劇烈振動。即在氣流壓力不均勻在允許值范圍內的情況下，只要激發頻率等于或近似于管道系統固有頻率之一，就會引起管道機械共振。此時，管道振動出現最大振幅。 管道結構固有頻率是管道系統作同步自由振動時的頻率。它的大小與該系統的質量和剛度有關。 固有頻率計算公式為： 由以上分析可知，氣柱共振，大的激振力及管道機械共振，都會引發管道強烈振動。尤其是當激發頻率、氣柱固有頻率、結構固有頻率三者相等或相近時，管道和氣柱均處于共振狀態，導致管路發生最強烈的振動，機器無法使用。 因此，消除管道振動，可以從消除氣柱共振、減弱激振力和避免管道機械共振三方面入手。 二、防振措施 1．防止產生氣柱共振 對一臺活塞式壓縮機來說，激發頻率是一定的。因此，防止管道氣柱共振，就只能調整氣柱固有頻率，使之避開激發頻率，以免產生氣柱共振。要改變氣柱固有頻率，可從改變與之有關的因素人手。共振管長是決定是否產生氣柱共振的重要因素。在設計階段，合理選擇管長，使之避開共振管長是消除氣柱共振的第一步。管道的合理布置，管道容器正確位置的確定，對消除氣柱共振同樣具有影響。一臺設計合理的壓縮機，只要嚴格施工，一般不會出現氣柱共振。 2．防止產生激振力 （1）減少管道上的彎頭、異徑管、閥門、附件等，以減少激發響應點。 （2）采取措施，降低壓力不均勻度。 1）設緩沖器 緩沖器是一種穩定流體壓力或流量用的小容器，它起到平穩壓力或流量的作用，使壓力不均勻度減少，流量平穩，從而達到減振目的。 2）裝孔板 在活塞式壓縮機管道的適當部位安置孔板（見圖6）是消減現場管道振動的有效措施之一，且實施方便，故使用日益廣泛。 孔板的作用是將管道內的壓力駐波轉變為引波，從而降低管道內的壓力不均勻度。引波就是正弦波以聲速向一個方向移動傳播的波。而駐波是管道內各處的壓力波沿正方向傳播的引波（正射波）和沿負方向傳播的引波（反射波）的疊加，它的振幅比行波大。 孔板將壓力駐波轉變為引波的原理就是將孔板裝在了壓力節點處，由于孔板有一定局部阻力，破壞了波反射條件，構成了無聲學反射端點反射條件，使管路只有單向行進的行波，從而達到減小壓力不均勻度的目的。 選用孔板時，尺寸一定要合理，主要考慮兩項： 開口比：d／D＝0.43～0.50。 厚度：H＝3～5mm。 3．避免管道系統產生機械共振 要避免管道系統產生機械共振，只能調整管道結構固有頻率避開激振頻率。在設計階段要注意管道質量和剛性，算出管道結構固有頻率，使之避開激發頻率。如現場出現機械共振，可采用捆綁，或加、減支承的方式改變其剛度。以改變管道結構固有頻率，避開激振頻率。消除管道機械共振。 三、消振實例 1．消振前情況簡介 某廠甲醇循環機J202／A、B（技術參數如表1）在改造前，壓縮機出、人口管線和設備振動情況十分嚴重。由于強烈振動，造成了管道焊縫開裂，壓力表和溫度計過早損壞，換熱器隔板振裂，并有強大的噪聲。改造前的兩年間，共損壞密封68套，裝置停工34次，因振動原因造成的裂縫41道，嚴重影響了安全生產和經濟效益。 2．振動原因分析 振動原因歸納起來有兩條。關于第一條，這里不予討論，只從理論上來論證一下氣流脈動對振動的影響。 氣流脈動是振動的根源。控制脈動壓力幅度，使它處于允許值范圍內是消除管道振動的根本方法之一。 先分析一下J202中的壓力不均勻度。 那么，如此強烈的振動是否還存在著管道機械共振呢?這點可通過計算管系結構固有頻率來判斷。 查《工藝管道安裝設計手冊》得管子質量為： 與激振頻率相近，可見管道也存在機械共振，應改變管道結構固有頻率。用增加其剛性，提高固有頻率的方法可達目的，在該管道下新增兩支撐托架。 現驗算加支承后管結構固有頻率： 增支承后一段管長變為L＝200cm，則 激振頻率不在共振區，可以消除管道機械共振。 3．現場采用的消振措施 甲醇車間在分析論證后，采取了如下防振措施。 （2）出口處增設汽液分離器。避免汽液兩相發生互擊。 （4）管道改直、加粗、減少彎頭22個，閥門5個，去除大小頭4個。 （5）提高焊接質量，用三通代替直接在管道上開口。 （6）增加管系剛性，增加支承改變管系結構固有頻率，使之遠離激發頻率。 四、效果 上述措施實施后，振動明顯降低，噪聲基本消除，實測指標符合要求，開工后對振動值測量比較情況如表2。消振措施取得了滿意效果。