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[摘 要]为了保证往复式压缩机安全并有效的工作，做好进出口管道的防振设计是必不可少的。本文针对于往复式压缩机振动疲劳损坏产生的原因，对往复式压缩机的减振提供一系列的减振措施。
[关键词]往复式压缩机；振动损坏；减振措施；缓冲；共振
中图分类号：S242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0032-01
1、引言
由于我国炼油行业飞速发展，因此压缩机的使用也变得越来越广泛。压缩机按照其工作原理的不同的主要分为两类：容积型和速度型。容积型主要分为：往复式压缩机和回转式压缩机；速度型压缩机主要分为：轴流式压缩机、离心式压缩机和混流式压缩机。本文主要是针对容积型的往复式压缩机进行探讨，活塞的往复运动将气体的压力增大，气体的进入和排出会造成管道的振动，进出口管道的振动会对安全生产带来很大的威胁。本文对往复式压缩机进出口振动产生的原因进行分析，并提出了管道减振的措施。
2、管道振动产生原因
2.1 往复式压缩机的平衡或者基础设计的不合理会引起振动。
往复式压缩机在在出厂之前会进行动平衡实验，只有满足设计要求的压缩机才能作为合格的压缩机。具体的设计要求主要包括各个部件的作用力与力矩、惯性力与力矩处于动态平衡的状态，而且产生的振动在合理范围内，如果产生的振动较大将会传递到官道上，管道的应力局部集中，最终造成疲劳裂纹。除此之外，不规范的安装和基础设计的不合理也会造成管道的振动。
2.2 由于气流脉动引起的振动
吸气和排气气流的间歇性和周期性工作是往复式压缩机的特点，进出口管道的流体不可避免的呈现脉动状态，使管道内流体参数不仅随位置变化，而且也随时间变化，这种周期性变化现象称为气流脉动。脉动气流在管道内输送时，遇到弯头、分支管、阀门、三通和孔板等部件会产生较强的激振力，受此力作用，管道会产生相应的机械振动响应。压力脉动越大，管道振动幅度越大。
压力脉动的强度用压力不均匀度表示：管道输送脉动气流时，压力的强度在平均值附近上下波动。
δ=（Pmax-Pmin）/Po*100% （1）
公式（1）中：δ—压力的不均匀度；Pmax、Pmin—某个循环周期中不均匀压力的最大值或最小值/MPa；Po—某个循环周期中平均压力/MPa。
管道的压力不均匀度越大意味着管道内压力变化就越大，振幅也就越大，管道的受破坏性也就越大。
2.3 共振
管道内气体自身就是一个系统，也就是一个气柱。管道内存在三个频率：气柱固有频率、激发频率和管系机械固有频率。气柱固有的频率为气柱本身的频率，激发频率为活塞往复式机械运动产生的，管系机械固有频率是管道及其组成件构成的系统结构本身的频率。管系机械固有频率的0.2到1.2倍频率范围为共振区，当气柱和活塞产生共振时，会出现较大的压力脉动。当管系机械固有频率在激发频率或气柱固有频率的共振区内时，就会发生结构共振。
3、管道减振的主要措施
3.1 合理选取气缸的作用方式
往复式压缩机进出口内的气流同时受到气缸的吸气和排气的激发从而产生气流脉动，由此可见，气缸对管道的作用方式与气流脉动息息相关。合理的气缸作用方式可以从根本上降低气流脉动。
3.2 设置缓冲罐，降低压力不均匀度
最简单有效的减缓气流脉动的方法是设置安装缓冲罐，压缩机排出的气体经缓冲罐作用后脉动压力明显降低。缓冲罐最好安装在紧靠压缩机的进、出口处，才能充分发挥缓冲罐的作用，缓冲罐体积是经过详细计算确定的。一般缓冲罐的体积为压缩机活塞行程容积的十倍以上。
3.3 合理的增减消振孔板
孔板降低气流脉动的原理在于孔板相当于一个阻力原件，不同的尺寸代表着局部损失系数不同，在较大容积的进口或出口处安装合理尺寸的孔板，造成气流的能量损失而降低振幅，最终管道的机械振动也得到衰减。假设进口管处脉动值较大，则孔板应安装在进口处，出口管处脉动值较大时，则孔板应安装在出口处。
3.4 管系局部加强增加抗振能力
压缩机主要工艺部件如分支、变径和拐弯要尽量使用强度较高的标准管件。有一些地方不能使用标准管件，例如仪表的管嘴部分、分支管路和主管路的直径相差较大等情况，标准的不同管径的三通是没有办法实现的，应该采取一些补救措施。在该处由于应力集中而产生的应力峰值也会出现交变，这种现象会很容易导致管路的疲劳损坏。不仅如此，该类管道分支管路的连接最好不要使用螺纹连接，应该有适当的支撑作用，这是因为分支管路较小，容易引起振动。因此安装需要靠近主管路的主要包括放空、排凝、阀门、仪表管道。
3.5 管道支架的合理设置
支架基础采用独立基础的方式。如果条件允许，往复式压缩机的管道支架要避免固定在房屋的结构梁上。否则需要对管道的振动进行详细的分析计算，避免管系与房屋发生共振。除此之外，管道的支架基础要与压缩机和建筑物分开。而且房屋、构架、平台和设备上不能固定振动管道的支撑。
为了减少管道的振动，管道支架采用不等间距进行布置。管道应该布置在不等跨（两个相邻的支架间距不相等）的管墩上。差值一般在100～200毫米。间距一般不超过3米，设置管道支架的管道固有频率应该避开激振频率的0.8到1.2倍的区域内。
压缩机的管道支架设置具有防振功能的管卡。机组转动不平衡力会导致管系振动，因此在进出口的缓冲罐处需要有牢固的支撑，但是一般情况下管系的温度会比较高，单纯的使用固定支架对管道的热补偿是不利的。如果采用防振管卡除了起到防振作用，还可以满足管道热补偿的需求，因此压缩机管道支架中使用防振管卡是应用比较广泛的。在设计的时候会在管道和防振管卡中间设置厚度为3到5毫米橡胶石棉板，不仅仅可以保证管道和管卡充分接触，又避免了管道热胀产生位移。
荷载集中的地方如管道的拐弯处、阀门处等是很容易引起共振的，需要在该处设置防振支架。防振支架设置在管道荷载集中的地方，即使管道直径较小也需要避开长距离没有支撑的现象。
调整气柱的固有频率，避开共振。一般把系统固有频率的0.8到1.2倍的区域称为共振区，如果激发的频率在该范围内，系统会发生共振。气柱固有频率的影响因素主要包括：气体的组成、缓冲罐的尺寸以及位置、接管直径、管系分支、管段的端点状态等，改变以上因素会相应的改变气柱的固有频率。
4、结束语
往复式压缩机管道设计的重点以及难点是管道的防振设计。根据往复式压缩机的工作特点不难看出，气流的脉动是不能避免的。减振也并不能消除振动，只是尽可能的将振动的幅度减小。管道振动的内在因素是气流脉动引起的，引起振动的条件是管道结构的变化，通过一系列的分析可以找到振动的源头，并采取适当的措施来减小共振，并使往复式压缩机达到接近理想的工作状态，是装置能安全的进行生产。
参考文献
[1] 张德姜，王怀义，刘绍叶等，工艺管道安装设计手册.第一篇（设计与计算）[M].北京：中国石化出版社，2009.
[2] 石油化工企业设计防火规范，GB50160-2008[S].北京：中国计划出版社，2009.
[3] 胡超，张来斌，段礼祥，张毅.往復式压缩机出口管线振动分析[J].煤炭技术，2011（2）：55～56.
[4] 陈汉玉.往复式压缩机管道振动原因及减振措施[J].黑龙江科技信息，2011（7）：97～98.
[5] 董立新，陈军，沈磊，张旭，胡志毅.往复压缩机工艺管道振动分析及消减措施[J].压缩机技术，2012（5）：152～153.
[关键词]往复式压缩机；振动损坏；减振措施；缓冲；共振
中图分类号：S242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）26-0032-01
1、引言
由于我国炼油行业飞速发展，因此压缩机的使用也变得越来越广泛。压缩机按照其工作原理的不同的主要分为两类：容积型和速度型。容积型主要分为：往复式压缩机和回转式压缩机；速度型压缩机主要分为：轴流式压缩机、离心式压缩机和混流式压缩机。本文主要是针对容积型的往复式压缩机进行探讨，活塞的往复运动将气体的压力增大，气体的进入和排出会造成管道的振动，进出口管道的振动会对安全生产带来很大的威胁。本文对往复式压缩机进出口振动产生的原因进行分析，并提出了管道减振的措施。
2、管道振动产生原因
2.1 往复式压缩机的平衡或者基础设计的不合理会引起振动。
往复式压缩机在在出厂之前会进行动平衡实验，只有满足设计要求的压缩机才能作为合格的压缩机。具体的设计要求主要包括各个部件的作用力与力矩、惯性力与力矩处于动态平衡的状态，而且产生的振动在合理范围内，如果产生的振动较大将会传递到官道上，管道的应力局部集中，最终造成疲劳裂纹。除此之外，不规范的安装和基础设计的不合理也会造成管道的振动。
2.2 由于气流脉动引起的振动
吸气和排气气流的间歇性和周期性工作是往复式压缩机的特点，进出口管道的流体不可避免的呈现脉动状态，使管道内流体参数不仅随位置变化，而且也随时间变化，这种周期性变化现象称为气流脉动。脉动气流在管道内输送时，遇到弯头、分支管、阀门、三通和孔板等部件会产生较强的激振力，受此力作用，管道会产生相应的机械振动响应。压力脉动越大，管道振动幅度越大。
压力脉动的强度用压力不均匀度表示：管道输送脉动气流时，压力的强度在平均值附近上下波动。
δ=（Pmax-Pmin）/Po*100% （1）
公式（1）中：δ—压力的不均匀度；Pmax、Pmin—某个循环周期中不均匀压力的最大值或最小值/MPa；Po—某个循环周期中平均压力/MPa。
管道的压力不均匀度越大意味着管道内压力变化就越大，振幅也就越大，管道的受破坏性也就越大。
2.3 共振
管道内气体自身就是一个系统，也就是一个气柱。管道内存在三个频率：气柱固有频率、激发频率和管系机械固有频率。气柱固有的频率为气柱本身的频率，激发频率为活塞往复式机械运动产生的，管系机械固有频率是管道及其组成件构成的系统结构本身的频率。管系机械固有频率的0.2到1.2倍频率范围为共振区，当气柱和活塞产生共振时，会出现较大的压力脉动。当管系机械固有频率在激发频率或气柱固有频率的共振区内时，就会发生结构共振。
3、管道减振的主要措施
3.1 合理选取气缸的作用方式
往复式压缩机进出口内的气流同时受到气缸的吸气和排气的激发从而产生气流脉动，由此可见，气缸对管道的作用方式与气流脉动息息相关。合理的气缸作用方式可以从根本上降低气流脉动。
3.2 设置缓冲罐，降低压力不均匀度
最简单有效的减缓气流脉动的方法是设置安装缓冲罐，压缩机排出的气体经缓冲罐作用后脉动压力明显降低。缓冲罐最好安装在紧靠压缩机的进、出口处，才能充分发挥缓冲罐的作用，缓冲罐体积是经过详细计算确定的。一般缓冲罐的体积为压缩机活塞行程容积的十倍以上。
3.3 合理的增减消振孔板
孔板降低气流脉动的原理在于孔板相当于一个阻力原件，不同的尺寸代表着局部损失系数不同，在较大容积的进口或出口处安装合理尺寸的孔板，造成气流的能量损失而降低振幅，最终管道的机械振动也得到衰减。假设进口管处脉动值较大，则孔板应安装在进口处，出口管处脉动值较大时，则孔板应安装在出口处。
3.4 管系局部加强增加抗振能力
压缩机主要工艺部件如分支、变径和拐弯要尽量使用强度较高的标准管件。有一些地方不能使用标准管件，例如仪表的管嘴部分、分支管路和主管路的直径相差较大等情况，标准的不同管径的三通是没有办法实现的，应该采取一些补救措施。在该处由于应力集中而产生的应力峰值也会出现交变，这种现象会很容易导致管路的疲劳损坏。不仅如此，该类管道分支管路的连接最好不要使用螺纹连接，应该有适当的支撑作用，这是因为分支管路较小，容易引起振动。因此安装需要靠近主管路的主要包括放空、排凝、阀门、仪表管道。
3.5 管道支架的合理设置
支架基础采用独立基础的方式。如果条件允许，往复式压缩机的管道支架要避免固定在房屋的结构梁上。否则需要对管道的振动进行详细的分析计算，避免管系与房屋发生共振。除此之外，管道的支架基础要与压缩机和建筑物分开。而且房屋、构架、平台和设备上不能固定振动管道的支撑。
为了减少管道的振动，管道支架采用不等间距进行布置。管道应该布置在不等跨（两个相邻的支架间距不相等）的管墩上。差值一般在100～200毫米。间距一般不超过3米，设置管道支架的管道固有频率应该避开激振频率的0.8到1.2倍的区域内。
压缩机的管道支架设置具有防振功能的管卡。机组转动不平衡力会导致管系振动，因此在进出口的缓冲罐处需要有牢固的支撑，但是一般情况下管系的温度会比较高，单纯的使用固定支架对管道的热补偿是不利的。如果采用防振管卡除了起到防振作用，还可以满足管道热补偿的需求，因此压缩机管道支架中使用防振管卡是应用比较广泛的。在设计的时候会在管道和防振管卡中间设置厚度为3到5毫米橡胶石棉板，不仅仅可以保证管道和管卡充分接触，又避免了管道热胀产生位移。
荷载集中的地方如管道的拐弯处、阀门处等是很容易引起共振的，需要在该处设置防振支架。防振支架设置在管道荷载集中的地方，即使管道直径较小也需要避开长距离没有支撑的现象。
调整气柱的固有频率，避开共振。一般把系统固有频率的0.8到1.2倍的区域称为共振区，如果激发的频率在该范围内，系统会发生共振。气柱固有频率的影响因素主要包括：气体的组成、缓冲罐的尺寸以及位置、接管直径、管系分支、管段的端点状态等，改变以上因素会相应的改变气柱的固有频率。
4、结束语
往复式压缩机管道设计的重点以及难点是管道的防振设计。根据往复式压缩机的工作特点不难看出，气流的脉动是不能避免的。减振也并不能消除振动，只是尽可能的将振动的幅度减小。管道振动的内在因素是气流脉动引起的，引起振动的条件是管道结构的变化，通过一系列的分析可以找到振动的源头，并采取适当的措施来减小共振，并使往复式压缩机达到接近理想的工作状态，是装置能安全的进行生产。
参考文献
[1] 张德姜，王怀义，刘绍叶等，工艺管道安装设计手册.第一篇（设计与计算）[M].北京：中国石化出版社，2009.
[2] 石油化工企业设计防火规范，GB50160-2008[S].北京：中国计划出版社，2009.
[3] 胡超，张来斌，段礼祥，张毅.往復式压缩机出口管线振动分析[J].煤炭技术，2011（2）：55～56.
[4] 陈汉玉.往复式压缩机管道振动原因及减振措施[J].黑龙江科技信息，2011（7）：97～98.
[5] 董立新，陈军，沈磊，张旭，胡志毅.往复压缩机工艺管道振动分析及消减措施[J].压缩机技术，2012（5）：152～153.