往复压缩机脉动和振动分析控制研究.doc

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1、文档往复压缩机脉动和振动分析控制研究译/郭天硕往复式压缩机，就其本质而言，不是定常流动机器。随着曲轴的每次旋转，每个压缩机气缸从低压管路中抽取大量的气体，对其进行压缩，然后将其推入高压管路。这种在往复式压缩机系统内的间歇传质产生复杂的时变压力波，通常称为脉动。脉动的频率和振幅受压缩机运行速度、温度、压力和气体流体的热力学性质以及往复式压缩机及其所连接的系统的几何形状和结构的影响。例如，活塞一侧压缩气体的往复式压缩机气缸，称为单作用气缸，产生基频等于压缩机运行速度的脉动。类似地，活塞两侧压缩气体的往复式压缩机气缸，称为双作用气缸，产生基频等于压缩机运行速度两倍的脉动。除了这些基本频率

2、的谐波之外，压缩机气缸喷嘴和管道系统具有单独的声学固有频率，这些固有频率影响整个系统的组合脉动幅度和频率。这些各种压力波的叠加导致复杂的压力脉动，这些复杂的压力脉动在并联和/或串联的单缸或多缸网络、连接的管道、压力容器、过滤器、洗涤器和分离器、冷却器和其它系统元件中传播。压力波可以传播很多英里，直到它们被摩擦或其它手段衰减或阻尼，这些手段将压力的动态变化降低到微不足道的水平。压力脉动作用于压力容器和管道不连续处，如弯头和T形管，以产生引起振动的振动力。它们也可能激发系统的机械固有频率，引起高振动。高振动会使系统元件和管道过应力。压力脉动也影响压缩机的热力学性能。如果控制不当，这些影

3、响会严重损害往复式压缩机及其连接系统的可靠性、性能以及结构完整性。因此，有效降低和控制压缩机上游(吸入侧)和下游(排出侧)压缩机产生的压力和流动对于往复式压缩机的安全、高效运行是必要的。7/7文档压缩机系统脉动和振动的来源振动不仅由脉动引起，而且由作用于发动机、压缩机、压力容器和管道上的其它动力引起，如图1所示。发动机和压缩机的不平衡力和力矩是由内部部件的旋转和往复运动以及时变压力对各冲程发动机和压缩机活塞的影响造成的。这些主要发生在1倍和2倍转速下。气缸的气体力是由作用于活塞和固定部件的内压引起的。它们沿活塞以1倍和所有旋转速度整数倍的方向运动。振幅可能不能达到10倍转速或更高的

4、频率。脉动振动力是由作用于脉动瓶、入口洗涤器和其他压力容器中的头部和挡板等不连续面上的压力脉动以及来自管道弯头和T形管的压力脉动引起的。垂直振动力也产生于作用于压缩机气缸喷嘴区域的脉动，从而产生垂直力（对于普通的水平压缩机）。API618中定义了允许的压力脉动和振动力准则。当曲轴的旋转运动转换为十字头和活塞的线性运动时，每个压缩机十字头产生垂直振动力。十字头力作用在压缩机速度的整数倍/谐波上。当扭转速度振幅较高时，会发生横向扭转力。这些作用在低于和高于高扭转谐波频率的一个谐波。发动机滚动扭矩是由发动机旋转时产生的惯性和活塞力产生的。振动力也可能由压缩机和驱动器的失调而产生。这些主要

5、会引起1倍或2倍转速的振动。更高(>700rpm)速度的压缩机自然会产生更宽的脉动频率频谱，必须加以解决。用较轻的框架和I型梁滑行安装的典型高速压缩机组，往往比用混凝土块安装的传统较重、慢速的压缩机更加灵活。由于高速压缩机产生的高频脉动，脉动阻尼和管道系统的压力损失也可能受到更多的关注。这推动了对脉动和振动建模和分析的更好和更复杂的方法的需求，以及额外的脉动控制“工具”和建议的阻尼、去调谐和/或消除脉动的实践。7/7文档最终，来自压缩系统的振动能量必须传递到地球上。因此，压缩机包装基础是确定振动水平是否可接受的主要因素。根据土壤类型和排水、包装的大小、功率水平和应用的临界性、往复式

6、压缩机包装的基础可以是压实的碎石或管径、钢筋混凝土板、螺旋桩、打入桩、深钢筋混凝土块，或这些类型的组合。脉动与振动分析有几个定义要求，并为压缩机脉动和振动分析提供指导的行业规X和指导方针。其中包括API618，《用于石油、化工和天然气工业服务的往复式压缩机》[1]；APIRP688，《用于石油、石化和天然气工业服务的正置换机械系统中的脉动和振动控制》[2]；API11P，《用于石油和天然气生产服务的包装式往复压缩机规X》[3]；ISO13631，《石油和天然气工业-包装式往复式气体压缩机》[4]；《用于天然气传输和储存应用的高速往复式压缩机组的GMRC指南》[5]；和《GMRC现场

7、气体应用高速压缩机组指南》[6]。脉动和机械分析或研究是用于计算和控制管道和压缩机系统部件的气体脉动和振动以及脉动对压缩机性能的影响的通用工程方法。通常在压缩机装置上进行的其它类型的研究有扭转、管道柔性（热）、滑移和基础动力学以及小口径管道分析。分析从建立压缩机及其系统的详细的“声学”模型开始，该模型用于预测在特定操作条件下的脉动行为，这些操作条件通常是可变的。这种模型预测脉动和相关的振动力。各种机械分析或研究可用于评估机械固有频率和组件应力。表1提供了不同类型的压缩