气流脉动与管道振动彭学院Tel:029-82663785Email:xypeng@mail.xjtu.edu.cn西安交大压缩机研究所18:1216.1气流脉动与管道振动的危害彭学院z压缩机管路为何存在气流脉动？z压缩机管路内气体压力和流量的周期性波动（脉动）z由压缩机周期性吸、排气导致z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z所有压缩机都存在不同程度的气流脉动real500fourier400300200????1000050100150200250300350400??18:1226.1气流脉动与管道振动的危害彭学院z气流脉动的危害z降低压缩机容积效率z增加压缩机功率消耗z恶化气阀工作条件z激发管道振动z影响稳定供气z注意：吸气共振增压1.00.80.6lifL/mm0.40.20.06018:12901201501802102403CrankAngle/deg6.1气流脉动与管道振动的危害彭学院z压缩机的管道振动z气流脉动激发管道振动z产生于力不平衡处z弯管z变截面z阀门z盲板z惯性力不平衡引起机身振动也会诱发管道振动z只发生在压缩机附近18:1246.1气流脉动与管道振动的危害彭学院z管道振动的危害z管道及附件（分离罐等）应力过大：疲劳破坏、破裂z仪器、仪表及管路部件、支撑松动、破坏z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z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）z代表性案例z临沂城市用管道煤气气柜摇晃z克拉马依油田天然气管道断裂z华北油田管道阀门断裂18:1256.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院z控制气流脉动激发源z减少压缩机每个行程中的吸、排气量z提高转速z增加每周期工作的容积数（气缸数、螺杆齿数、滑片数）z单作用改为双作用激发气流脉动的气缸作用方式在吸气、排气管道上激发的方式主要阶次1，2，3……2，4，6……18:1266.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院z控制气流脉动响应（1）避开气柱共振z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z重合：工程上±10％z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z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„基频:旋转周期内吸/排气次数（或主激发频率）zAPI618推荐的方法：容－管－容型Helmholtz共鸣器„共鸣器的截止频率一般达到主激发频率的1.33倍„500r/min以上高转速压缩机达到主激发频率的0.7倍以下18:1276.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院z控制气流脉动响应（2）提高脉动缓冲效果z增加缓冲管、分离罐等各类容器的容积z尽量使容器靠近压缩机z集管器通流面积大于分支管面积和的3倍zAPI618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„脉动分析证明管路脉动符合API的要求，不必满足容积要求zAPI618对脉动幅值大小做了推荐„18:1286.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院z控制气流脉动响应（3）设置孔板z大容器出口法兰处设置孔板„孔板内径在管道内径的0.4～0.6倍„孔板紧靠容器入口或出口z孔板效果„理论上孔板之后管路内为行波„附近压力脉动可降50％，远处衰减幅度略低„孔板也会增加流动阻力„对发生共振管路作用不大（不要滥用）18:1296.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院z控制气流脉动响应（4）采用脉动衰减器z解决气流脉动问题的有效措施z容－管－容型衰减器就是一种脉动衰减器z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zHelmholtz共鸣器18:12106.3解决管道振动问题的思路与措施彭学院z降低管道振动激发z控制整个管系的压力脉动幅值z尽量减少弯管、异径管等产生振动激发力的元件zAPI618的推荐做法：z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z若激发力未超出推荐范围，则不必进行振动分析z否则，需要进一步采取措施降低压力脉动，并进行振动分析zAPI618推荐了振动激发力允许范围18:12116.3解决管道振动问题的思路与措施彭学院z控制管道系统的振动响应（1）避开结构共振z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z管系结