往复式压缩机被广泛应用于天然气的开采、集输与加工等各个领域。然而,往复式压缩机间歇性的吸/排气不可避免的导致与压缩机相连的管道始终存在不同程度上的振动。管道过大的振动会导致管路附件及结构疲劳损坏、仪器仪表失真等问题,甚至引发管道断裂、气体泄露和爆炸等事故。目前,国内压缩机管道的配管设计多处于工艺设计阶段,很少考虑压缩机工况与管道参数的合理匹配,导致管道运行时出现振动超标等诸多力学问题。本文以典型的L型、π型和空间布置管道为基础,较为系统地研究了管道的动力特性、管内流体的动力特性及管道与流体流固耦合振动响应,分析了管道结构参数、材料参数及流体参数对流固耦合管道振动动力特性的影响及相关参数的灵敏度;拟定压缩机管道振动分析方法并应用于工程实践,为管道的振动分析和减振提供了工程指导。具体研究内容有:(1)管道的动力特性研究。基于管道微元受力平衡条件,得到了典型边界条件下等截面直管的振型函数、频率方程、位移频率响应函数;理论和数值求解了固支-固支管道轴向和横向振动的固有频率及其振型,以及固支-自由管道位移频率响应曲线;研究了结构参数和材料参数对管道模态特性和频率响应特性的影响及相关参数灵敏度。(2)管内流体的动力特性研究。基于往复式压缩机的工作特性,分析了气流脉动的产生和传播机理,得出了往复式压缩机缸内压力曲线和进/排气压力曲线;基于管道元件的转移矩阵,得出了管内流体的声学频率和共振管长的计算式;以压降为目标,研究了恒定流边界下管道结构参数、流体物性参数对流体动力特性的影响;研究了非恒定流边界下脉动流速幅值、脉动流速频率与脉动压力幅值的响应关系。(3)管道与流体流固耦合振动响应研究。建立了管道及流体的轴向运动方程和径向运动方程,得出了管道与流体的流固耦合方程;研究了考虑流固耦合作用时流体的压力、流速、密度及粘度对管道模态特性的影响;研究了恒定流边界下结构参数和流体参数对管道振动响应的影响,得出了流体压力、流速与总体振动位移和速度RMS值的响应关系;得出了非恒定流边界下脉动流速幅值、脉动频率与总体振动位移和速度RMS值的响应关系及脉动压力幅值、脉动频率与总体振动位移和速度RMS值的响应关系。(4)管道振动分析方法及工程应用。将管道的工艺设计与模态特性、频响特性及流固耦合振动响应结合起来,拟定了压缩机管道振动分析方法;针对某增压站管道振动超标的实际情况,通过试验模态测试、压缩机变工况测试、压力脉动测试、振动和压力信号的频谱分析,诊断出管道振动超标的根源;结合标准和现场实际,制定了3种减振方案;应用振动分析方法评估了压缩机设计产能下减振方案的管道振动响应,推荐了振动整改方案;整改实施后,对比分析了压缩机运行时测点的振动实测值和数值分析结果;管道振动水平和压力脉动值均达到了 API618标准,减振方案的工程应用效果证明了分析思路和研究方法的可行性。