大功率往复式压缩机管道振动特性及振动控制研究

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大功率往复式压缩机作为天然气储气库的核心设备,其可靠性与安全性将影响到储气库的安全生产。然而,由于往复式压缩机的工作特性,且随着压缩机功率的增大、气体压力增高,压缩机管道容易产生剧烈的振动,从而导致压缩机的生产效率降低,管道附件疲劳损坏,甚至引发管道断裂、气体泄露和爆炸等安全事故。因此,本文基于实际工程问题,从理论分析、现场测试和数值模拟等方面对大功率往复式压缩机管道振动特性及振动控制进行了研究,具体研究内容如下:(1)首先对往复式压缩机的结构及工作原理、压缩机管道振动原因及往复式压缩机振动评价方法进行了介绍。其次,针对某储气库大功率往复式压缩机管道振动问题进行振动及压力脉动测试分析,结果表明,压缩机管道内压力脉动满足标准要求,而压缩机一级进气缓冲罐及架空管线存在振动超标现象。由振动信号时域及频域分析结果表明,压缩机管道振动主要由气缸内交变气体力的冲击作用引起,且主要表现在H(水平)方向振动过大。(2)基于储气库大功率往复式压缩机的测试分析结果,通过数值模拟分析进一步研究储气库压缩机管道振动原因。首先对压缩机管道系统进行模态分析,得出机械共振是导致压缩机管道振动超标的主要原因。其次,采用基于转移矩阵法和有限元法两种方法对压缩机管道系统的气柱固有频率进行计算,结果表明管道系统内不存在气柱共振,且两种计算方法求解结果基本一致。最后,对压缩机管道系统进行流固耦合振动分析,分析表明流固耦合作用对管道的模态特性影响较小,而振动响应分析中压缩机管道最大振动部位与测试结果相符。(3)基于储气库大功率往复式压缩机管道振动原因分析结果,提出相应的振动控制方案,并通过数值模拟仿真对方案的有效性进行了评估。结果表明,该方案下压缩机管道系统的模态特性得到改善,且避开了机械及气柱固有频率共振区,同时其振动速度响应值明显降低。根据振动控制方案完成对储气库压缩机现场治理,并通过变工况振动及压力脉动测试分析对方案应用效果进行评价。结果表明,治理后的储气库压缩机管道振动水平及压力脉动值均满足标准要求,验证了本文分析方法及所提方案的有效性。
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