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压缩机管道振动分析及减振措施

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第 32 卷

化肥工业

第5 期

压缩机管道振动分析及减振措施*
晁承龙 ( 江苏恒盛化肥有限公司工程办 新沂 221400)

摘要 压缩机管道的振动不仅影响生产,而且危及管道及系统的运行安全。通过对振动原因的分析,介绍 了防振和抑振的主要措施。
关键词 振动 压缩机 管道 措施

Analysis of Vibration of Compressor Pipes and Measures for Vibration Absorption
Chao Chenglong
Abstract Vibration of compressor pipes not only impairs production but also endangers safety in the operation of the pipes and the system. Through an analysis of the causes for vibration,main measures are given for vibration damping and suppression.
Keywords vibration compressor pipes measures

管道的脉冲振动是往复式压缩机固有的问 题,在压缩机打气量较小时,管道直径小,脉冲振 动小,易加固。但随着化肥生产能力的提高,压缩 机打气量增加,管道直径相应加大,脉冲振动随之 增大,管道的固定问题日益突出。
1 振动的根源 回转设备的不*衡和管道的脉冲振动是引起
管道振动的主要原因。由回转设备的不*衡引起 的振动传递给与它相连接的管道,若此振动频率 与管道的固有频率接*,就会引起管道共振,导致 管道损害。
管道内气体或液体的压力脉动使管道发生振 动,其压力脉动的周期与活塞往复运动的周期相 同。压力脉动会通过设备基础或连接的管道传递 给与这管道相连接的容器、设备和相关的构筑物 基础。

气流的压力脉动。事实说明,管道内气体流量的 周期性变化导致气体压力也发生相应的变化( 压 力脉动),使压缩机管道发生强烈振动,有时会使 压缩机的工作遭到破坏。在任何情况下,只要气 流的方向发生变化( 支管或弯管以及管道截面发 生变化等),就会产生作用于管系上的力,脉动气 流的能量转化为管道振动的机械能。如图 1 所 示,在弯管处,由于流体沿 X 方向的流动改变为 与 X 方向成 β 角方向流动,使管线受流体力的作 用,在 X 和 Y 方向上的作用力 FX和 FY分别为:
FX = rQ(v 1 - cosβ)/ g FY = rQvsinβ / g 式中: Q———流量,cm3 / s;

2 管道内压力的脉动 往复式压缩机引起振动的原因主要是管道内

图 1 弯管受力分析图

* 本文作者的联系方式:chaoch-00@ 163. com
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v———流速,cm / s; r———流体的重度,kg / cm3 ; g———重力加速度,cm / s2 。 当流体流速 v 一定,即稳定流动时,管道在稳 定力的作用下不会发生振力,但当流体为脉动流 时即产生振力。如图 1 所示的弯管,管端压力为 P,管截面积为 S,管端受力为 SP,则: FX = SP(1 - cosβ) FY = SPsinβ 若压力 P 变化幅度越大,则振力越大;若管 道内压力变化是一致的,即管内压力值相同,则压 力不会成为振源。 由于压缩机在吸、排气过程中气体对管道的 作用是间歇的,其变化程度可以用压力不均匀度 δ 来表示,其表达式为: δ =( Pmax - Pmin )/ P0 式中: Pmax ———最大压力,MPa; P min ———最小压力,MPa; P0 ———*均压力,=( Pmax + Pmin )/ 2,MPa。 δ 是评价管系振动的重要参数,当 δ 值小于 允许压力不均匀度[ δ]时,则可认为压缩机管系 能够*稳运行,其振幅和激振力都将被控制在允 许范围之内。
3 防振和抑振 要做好防振工作,首先要清除振源,其次才是
采用抑振措施。尽管目前的抑振措施比较有效, 但全靠抑振来防止振动是不现实的,应尽量减少 振源,再辅以必要的抑振措施。如因机械的回转 部分稍有不*衡或因脉动流、自激振动等使管系 发生共振时,就要采用调整管道支架间距、增加管 道支撑或采用脉动衰减器来抑振。避开共振最简 单的方法是改变管道的长度、截面积,以改变管道 的固有频率,不与强制振动频率相*而产生共振。 3. 1 共振管长的计算
气体既有质量也有弹性,因此是一振动系统。 级间管线内的气体在压缩机的周期性激发下,气 柱作强迫振动,若激发力的频率与某阶气柱的固 有频率重合,则将发生对应于该级频率的气柱共 振。如果气缸与缓冲罐之间的管道很短,远离共 振管长的范围,可以不必考虑共振问题,反之就应

考虑。压缩机出口至缓冲罐之间、缓冲罐至冷却 器之间的管道可以视为开端的简单管系,在这个 条件下其共振管长可按下列公式计算:
L =(0. 8 ~ 1. 2)s / 2(f 一阶气柱共振管长) L =(0. 8 ~ 1. 2)s /(f 二阶气柱共振管长) s =(848 kgT / M)0. 5 式中: L———共振管长,m; s———气体声速,m / s; k———绝热系数; g———重力加速度,m / s2 ; M———气体分子量; T———气体的绝对温度,K; f———气流脉动频率( 激发频率),= nm / 60, Hz; m———压缩机每转的激发次数; n———压缩机的转速,r / min。 在管道设计时,管道长度不仅要避开一阶气 柱共振管长,而且也要避开二阶气柱共振管长。 3. 2 缓冲器 缓冲器是很好的减振设施,压缩机吸排气的 缓冲器容积太小会使脉动气流得不到足够有效的 衰减,是管线振动不可忽视的因素之一,因此对缓 冲器容积的校核是很重要的。按一般经验,缓冲 器的容积应大于气缸行程容积的 10 倍。 (1)最小吸气的缓冲器容积的校核与计算 VS = 8PD( KTS / M)0. 25 式中: VS———最小吸气的缓冲器容积,m3 ; PD———气缸每冲程吸入净容积,= 3. 14( D / 2)2 S,m3 ; D———气缸直径,m; S———活塞行程,m; K———绝热系数,1. 4; TS ———吸气温度,!; M———气体分子量。 (2)最小排气的缓冲器容积的校核与计算 VD = 6VS / R0. 25 式中: VD———最小排气的缓冲器容积,m3 ; R———压缩比。 对于多台并列的压缩机,一般选取各进气管
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流通面积总和的 3 倍为汇集管的流通面积,以避

候再用水泥浇筑,就有可能因位置和空间的狭小

免多台压缩机运行时曲柄的错角达到同步后构成

而行不通。而用槽钢制作管架则弥补了水泥管架

气流脉动的叠加而引起管线振动。

的不足,具有施工快、占地少、架设灵活的特点,只

(3)孔板衰减器

要有预埋铁的地方就可以架设。但钢管架的韧性

把开有圆孔的厚度为几毫米的钢板插在连接

较大,容易受管道激振力的影响产生振动而失去

管道的法兰之间,流体流过孔板时产生阻尼,可减

作用。实践证明,当用槽钢做管架时,最好不要使

弱脉动。当孔板的开孔较大时,减振效果差;开孔

用单个支撑,采用龙门式或三角式以增加支撑的

太小时,流体通过孔板时阻力太大,所以选择合适

稳固性。

的孔径是很重要的。实验证明,压力脉动的最大

衰减实际上是在孔板的孔面积为管子截面的 1 /

4 结语

4,即孔板的孔径为管径的一半,此时效果最明显。

(1)加孔板可以削弱脉动值,效果明显;投资

此外,孔板衰减器放置的位置也很重要,一般

小,施工简单,时间短,不影响生产。

放在往复式压缩机的气体出口端。

(2)在相同管长的条件下,管径越大,压力脉

由于孔板是以增加压力降为代价的,对长期

动值越小,即管道的横截面积与压力脉动值成反

运行的压缩机和管道,过大的压力降是不经济的。 比。

(4)管架

( 3 )在 管 径 与 管 道 长 度 相 同 的 条 件 下,缓 冲

增加管架也是一种有效的抑振措施。管架可

器的容积越大则压力脉动值越小。

以用水泥浇筑或用槽钢制作,用水泥浇筑的管架

(4)缓冲 器 的 设 置 位 置 距 压 缩 机 的 进 口 越

刚性大,抑振效果明显,但施工周期长,占用的位

*,则管系受压力脉动的管道长度就越短,管系的

置也比槽钢大。如用水泥浇筑管架,在设计管道

振动就越小。

时就应考虑到管架的位置和空间,如在安装的时

( 收稿日期 2005 - 03 - 04)

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( 上接第 41 页)

度 35 ℃ 、醇油比 6"1、催化剂( KOH)1% 的条件

应 结 束 后 对 产 物 加 热,胶 状 物 溶 解,产 物 出 现 分

下反应时间从 60 min 缩短至 10 min,同时反应转

层,冷却后下层为红色固体,上层为液态产物,中

化率从 94% 提高至 99% ,超声波外场的乳化和强

间仍有胶状悬浮物。下层固体类似皂化物,据此

化反应起到很好的协同作用。

推测胶状物可能与皂化物和甘油有关。皂化反应

(2)超声波作用下以 NaOH 为催化剂时,体

剧烈,而甘油的凝固点较低,所以胶状物可能是皂

系反应速率也较快,而且可以达到很高的转化率,

化物与甘油作用产生的。而以 KOH 为催化剂的

但易引起皂化反应。

反应体系没有此现象,这说明 NaOH 较 KOH 更易

参考文献

于成皂。 总之,超声 NaOH 催化酯交换具有较高的反
应速率和*衡转化率,反应速率略低于 KOH,却 远高于传统的机械搅拌结果。但 NaOH 催化时已 发生皂化,温度低时体系产生胶状物,降低了体系 的流动性,操作过程中应采取措施加以防止。
3 结语 (1)超声波外场辅助碱催化大豆油 - 甲醇酯
交换反应制备生物柴油具有反应速率快和转化率 高 的 特 点 。与 机 械 搅 拌 反 应 体 系 相 比 ,在 水 浴 温

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( 收到修改稿日期 2005 - 06 - 10)

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