离心压缩机管系振动分析及减振措施

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1、离心压缩机管系振动分析及减振措施宋晓辉，范德顺，乔舰（北京化工大学机电工程学院CAE中心，北京，100029）摘要：针对离心压缩机管系振动十分强烈的情况，进行振动分析。利用CAESARⅡ和MATLAB软件分别对管系的机械固有频率和气柱固有频率进行计算，结合计算结果分析确定引起管系振动的主要原因，并提出减振措施，对减小现场管系的振动具有实际价值。关键词：离心压缩机；管系振动；减振措施PipingvibrationanalysisandmeasuresofvibrationdampingofCentrifugalcompressorSONGXiao-Hui,FANDe-Shun,QIAO

2、Jian(BeijingUniversityofChemicalTechnologyInstituteofElectricalandMechanicalEngineering,Beijing,100029，China)Abstract:Inviewofastrongpipingvibrationcaseofcentrifugalcompressorstomakeavibrationanalysis.UsingofCAESARⅡandMATLABsoftwarecalculatethepipingoftheNaturalFrequencyoftheMechanicalandtheGas

3、Columns,combinedwithanalysisofcalculationresultstodeterminethemainreasonforthepipingvibrationandtodevelopaneffectivemeasuresofvibrationdamping,thusithasapracticalvalueforpipingvibrationdampingintheplant.Keywords:centrifugalcompressor;pipingvibration;measuresofvibrationdamping0引言离心压缩机管道振动存在两个不同的

4、振动系统：一是机械振动系统，由管道、管道附件、容器、支架等构成，它受到激发后会产生机械振动响应。二是气柱振动系统，即充斥于管路内的气体，它可以压缩、膨胀，是一个连续质量的弹性振动系统，这个系统受到一定的激发后就会产生振动响应。对于管系的机械固有频率和气柱固有频率，如果有一个与激发频率接近就会产生共振，当激发频率等于气柱固有频率又等于管路的机械固有频率时，则气柱和管道均处于共振状态，导致管道发生更强烈的振动。在生产实际中,由于强烈的管道振动,将会使管路附件,尤其是管道的连接部位、管道与附件的连接部位和管道与支架的连接部件等处发生磨损、松动；在振动所产生的交变应力作用下,导致疲劳破坏,从

5、而发生管线断裂、介质外泄,甚至引起严重的生产事故,给生产和环境造成严重危害[1]，因此只有8采用科学的、正确的分析方法找出引起振动的主要原因才能采取合理的减振措施。本文应用CEASERⅡ管道应力分析软件和MATLAB程序法对一台离心压缩机出口管线进行建模分析，求出管系的机械固有频率和气柱固有频率，并与激发频率相比较，找出产生管道振动的主要原因，提出有效的减振措施，为现场减振提供参考依据。1工况简介某化工厂空气压缩机出口管线振动剧烈，现场表征为管线高频振动，导致管线出口处流量计仪表导压管被震断，造成生产停车事故。图1为该离心压缩机出口管线配管简图。图1离心压缩机配管简图2原因分析通常离

6、心压缩机管道振动的原因可分两种：一种是由于离心压缩机转子不平衡或基础设计不当等机组本身的原因引起的；另一种是由管系机械固有频率和气柱固有频率与激发频率耦合所引起的管道共振。前者的振动只发生在机组附近的管道，而后者则可以传至很远。8根据现场实际振动情况，可以排除机组本身的振动原因，故现着重对管系特性所引起的振动进行分析。2.1激发频率离心压缩机的激发频率（1）式中：——激发频率（赫兹）；——转速（转/分钟）。该离心压缩机=12800（转/分钟），根据上式算出=213赫兹。2.2机械固有频率2.2.1计算方法管道系统在各种不同支承方式和质量分布情况下，可以由无阻尼自由振动管系的运动微分方

7、程推导出管系固有频率计算方程。推导如下[2]管系无阻尼自由振动微分方程为：（2）式中：为阶的质量对称矩阵；为阶的刚度对称矩阵；。设各个位移分量作同相位的简谐振动，即（3）式中：是振幅向量；——原频率；——初相位。将（3）式代入（2）式得管系固有频率的代数方程：（4）（4）式有非零解的充要条件是方程的特征矩阵的行列式为零，即（5）8根据（5）式得出管系固有频率与质量矩阵和刚度矩阵有关，利用有限元分析法计算得到管系的总质量矩阵和总刚度矩阵之后，就可以建立系统的