中、大型往复压缩机系统中的管道振动与消除

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在往复压缩机装置中，气体管道振动时有发生，因此，中、大型压缩机用户极为重视。常要求压缩机制造、供应商，事先对管道进行理论计算，以保证以后压缩机运行时，不发生管道振动。

事实上它往往是徒劳的。无论是国内或国外的管道振动计算软件”，要计算出-个尚未生产出来的压缩机装置，或者即使是-个已经制造了的压缩机装置，用理论算出当压缩机运行时，其某- 部位的管道振动，令其振幅在所限制的范围内，其难度犹如过去的 蜀道”。

往复压缩机的管道产生 振动”，除了-些因紧接压缩机，或紧靠压缩机，由压缩机管道中的间息性气流直接冲击，或因压缩机自身振动牵连管道振动之外，-般常说的管道振动必须满足 3收稿日期：2013-06-24个条件 ：(1)管道中的气体有压力波的反射端 (无论排气或吸气)，由此形成 驻波”；也有人称之为气柱共振”。

(2)压力波动±4p所形成的交变作用力F±△F，作用在管道弯道处，如图1所示，产生-个交变反作用力。弯道折转角 愈大，作用力也愈大，由此产生对管道造成冲击力，若为直管便无此作用力。

(3)该交变作用力的频率与所受影响管段的自振频率-致，则管道才能产生共振。实际上在o.81.3频率范围内，均能产生较大振幅。

在上述 3个条件中，第-条是最主要的。但是，此Ap可能是间歇性进、排气造成的，并非压力波反射，可称为行波。

2 关于压力波的反射问题(1)压力波的2种反射形式：2013年04期(总第240期) scke＆M血 忙 --，r图 1 弯道处的气体作用力可以用音叉试验来模拟压力波的反射。声波即微小的压力波。声波与压力波都是纵波，以疏密相间的形式向前推进，突然遇到刚性的壁面或空旷的空间都会形成反射。如图2所示用 2根玻璃管，图2(a)-端为闭管，另-端为开管；图Z(b)两端为开管。当用音叉在-开端敲击时，图2(a)只能听到音叉发出的-次音叉所发的声音，图2(b)便能听到嗡、嗡的共振声。其实两者的波在管内都发生反射；不过前者为半波反射，反射的波与入射的波相差半个相位，成为疏密波相重叠，因此哑了；后者的为全波反射，其相位差为 360。，故密波与密波相互重叠故而加强，由此形成嗡嗡的共振声。

(2)若端部为有开孔的挡板，如图2(c)所示，则纵波遇到盲板部分便产生半波反射，而开孔部分则产生全波反射，也还能形成 驻波”，仍能形成振动，只是能量可大大减少。 (a) / /[二二二二工二二二(c)(a)闭管 (b)开管 (c)闭管开孔、 图2 压力波反射-2013年o4期(总第240期)3 关于用加孔板的办法减振在压缩机系统中，考虑到气体要流动，-般茸板孔径dD/2，D为管道内径，即孔的面积 4， 为管道面积，仅有 1/4的面积会产生全波反射，、314的面积为半波反射，因此作用力减小了3/4。在实际应用中，用加孔板减振，效果大概可使振幅减少3/4-2/3，并不能完全消除振动，如图3所示。

气流 无孔板波型巨 -(a)孔板及其安装示意图 (b)图3 开孔管板的减振结构与效果4 止回阀减振原因与结构简介用-般止回阀是无法消除振动的，需用贺尔碧格止回阀。贺尔碧格止回阀实际上如压缩机气阀，为使压缩机工作时让气流连续流过，它应是唱的。止回阀弹簧可较-般气阀为软，以减小气流连续流动中的阻力。据该资料介绍：-般止回阀片开程为 (0.6～4)mm；因此若在开口端安装此种止回阀，因阀座的厚度相对于波长总是很微小的，故阀座和阀片共同形成闭端， 对压力波讲，便形成了近似闭端的反射，但气流又可通过。因此，它可起到减振作用。

5 结语(1)应区别压缩机工作过程的进、排气压力脉动，与压力波发射形成的 驻波”。前者可在进、排气接管附近加 缓冲器” (包括带有各种抑制装置的缓冲器)；后者为气流压力波突然遇到- 个比管径大许多的面积的容积，比如冷却器、分离器、缓冲器、储气器等，它可发生在离压缩机相当远的管段。

(2)只有存在驻波，并有管道折转，且作用- 用&M维修ainkerumc。

力的交变频率等于管段的自振频时，才能形成管段共振。三者缺-不可。

(3)进、排气形成的压力波，可由谐分析处理成许多阶 谐波”。在实际运行中，并非只有-次谐波 (其频率往往与压缩机转速相同)可造成这种共振，实践表明：有时二次或三次也可造成。

(4)管段的自振频，实际上在 (O.8-1.2).厂G范围内 为管段自振频率)，都能导致强烈震动。

(5)压缩机装置中，往往新安装的设备管道未发现振动，但在工作-段时间后出现了管道振动。这是因为新设备的管道支承较牢固，管道自振频率较高，但实际上其中存在高阶次的振动。

这种微小的振动，有时会使管道与支承摩擦，导致管道磨损或破裂；有时会使支承松动，使管段自振频率降低， 导致管道振幅变大或强力振动。

若出现这种现象时不足为怪。用加固支承无法解决时，在管段与容器接合处加装孑L板或止回阀便可解决。

(6)值得-提的是：某些国外压缩机装置中，供货制造商在管段与容器接合处，出厂时在管道内已焊入 孔板”以防万-∽板是个阻力元件，当然会增加功耗，但对氢气压缩机讲，因氢密度小，所造成的阻力损失也较校(7)用孔板或止回阀来减少管道振动的方法在前苏联有关管道振动的著作中早有提及，但原作者并未给出两者消振效果与阻力损失的比较。

本人也无这方面的理论研究与实践经验，只是觉得-些著作中把作为纵波的压力波遇到不同界面的反射阐述欠清晰；把孔板消振当成是-阻力元件，由此使气流速度达到音速，即亭 口，其中 为孔板阻力系数， 为孔中平均流速，口为当时音速，所起的减振作用最佳，值得商榷。

作者简介：郁永章(1934-)，男，教授，1957-l984年在西安交通大学压缩机教研室工作 ，1984-2000年在西安交通大学化工学院工作 ，主要研究方向，压缩机与制冷。

(上接第 78页)变频机在该阶段检测到负荷降低后，将智能调高主电机转速以获得较大的功率，确保了排气量的提升，减少了单位压降所用的时间，降低了无功损耗，减少了能耗。

4 对定频活塞式、变频活塞式、液压活塞式压缩机应用的总结变频活塞式子站压缩机相对液压活塞式和定频往复活塞式子站压缩机的优势在于：平均排气量大；总运行时间短；低压进气段气量大；低压进气段时间短；全卸气阶段能效比高∩以说，变频活塞式子站压缩机在排气量、运行总时间、能耗上全面超越了液压活塞式和定频往复活塞式子站压缩机。

通过上述对子站系统用活塞压缩机的对比分析，我们可以看出变频活塞压缩机具备了智能、高效、节能等优势，而主电机转速变频范围越大，48 l 瓣这-优势也将越明显。

我们可以预期，在未来的CNG活塞压缩机领域，变频压缩机将具备极大的优势和竞争力。