往复式压缩机系统的管道振动分析

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1、48卷增刊2007年lJ月中国造船SHIPBUILDfNGOFCH玎qAV01．48SpecialNov．2007文章编号：1000-4882(2007)S-0623-08往复式压缩机系统的管道振动分析于成龙，魏彦，胡晓明(海洋石油工程股份有限公司，天津300451)摘要从动力分析角度，通过对往复式压缩机引起管道振动原因的分析，提出控制管道振动的方法；以海上已投产平台管道布置为例进行振动分析，通过计算管道因脉动引起管道振动的不平衡力，确定抑制管道振动的最佳方法．关键词：往复式压缩机；动力分析；脉动：不平衡力1引言海上

2、平台连接动力设备的管道设计一般都要考虑振动对管道的影响，而振动的产生一般是由于设备自身振动的传递以及由流体脉动、流体瞬间冲击、两相流非稳流等荷载的直接作用而引起的。管道承受变形的能力具有一定的范围，若振幅在许用范围之内，一般没有大的影响，但过度的幅值振动就会造成很大危害，例如：设备发生有害变形而不能正常运转，过大的噪音严重影响人身健康，管道的使用寿命降低，管道与管道之间或管道和附件之间的连接发生松动和破裂，主体泄漏甚至造成爆炸。因此对管道进行振动分析是十分必要的。管道的振动分析属动力分析范畴，动力分析是变化荷载对管作

3、用的应力分析。本文从动力学角度，通过管道振动原因及各种振动的测评，采取有效措施避免上述情况发生。海上平台主要振动设备有原油外输泵、油机驱动泵、压井泵以及伴生气压缩机等，本文就往复式伴空气压缩机引起管道振动进行分析，提出平台管道设计防振最佳办法，以保证管道的安全可靠性。2管道振动的原因根据作用力自身的特点，管道的振动大致是由以下三种原因引起的：(1)机体振动引起管道振动。由于振动具有传递性，机体振动将引起管道振动，机体振动越强烈管道振动越强烈。(2)流体脉动引起管道振动。由于往复式压缩机的工作特点是吸排流体呈间歇性和周

4、期性，至使激起管内流体呈脉动状态(以下简称脉动)。脉动的流体沿管道输送时，遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等元件，由于瞬间压力、速度、密度的变化，将产生随时间变化的激振力(不平衡力)，受该力作用，管道结构及附件便产生一定的机械振动响应。(3)管道的共振。输送介质的管道系统具有一系列固有频率，当往复式压缩机激发频率与某阶固有频率相等时，系统即产生对应于该阶频率的共振。共振对管道的振动影响很大，一般采用核算频率的方法来避开频率重叠发生的可能，处理办法通常就是调节支架间距。3管道振动分析和控制如何有效抑制振动或缓解振动带来的

5、不利影响，保证管道安全有效地运行，一直是研究管道振动624中国造船学术论文的最终目的。由于引起管道振动的主要原因是机械振动、流体脉动、共振等，故本文以机械振动评价与控制以及引起流体脉动的压力不均匀度，这两个指标对管道进行振动评价，并对振动控制作进一步分析。3．1机械振动评价与控制ISO对机械转速范围在600r／min一-1200r／min的大型旋转式机械的振动强度作出评价，其大型原动机振动强度评价标准列于表l。表1振动强度质量鉴定(ISO／IS3945)机器的分级取决于机械支座的种类。对于硬基础支座，机械在支座上的基

6、频高于机械主要振动频率，称为硬支座；对于软基础支座，机械在支座上的基频低于机械主要振动频率，称为软支座。SZ36．ICEP平台上压缩机支座属于硬支座，所以对SZ36．1平台上压缩机振动强度的评价采用评价标准的左半部分。机械振动满足要求与否取决于生产厂家技术是否过关，解决由于机械振动造成的振动的最佳办法就是要求压缩机生产厂家生产合格的压缩机。3．2脉动分析与控制压力不均匀度是反映介质压力上下波动强度的一个指标。当流体处于脉动状态时，管内的压力就在平均值附近上下波动，图l为压力脉动图。压力不均匀度为Q．扫(‰“-尸m砸)

7、／Po×100％(1)式中P哦，尸m硒分别为不均匀压力波动的最大值、最小值；尸。为平均压力(MPa)，，．0_l／2(Pm缸+Pmi。)。压力不均匀度太大时，管道会给机械本身带来一系列振动。首先它将加剧气柱振动，导致激振力加大、不平衡力增大，最终影响管道的正常使用。因此要降低由压力不图I压力脉动图均匀度引起的激振力，只有从控制压力不均匀度着手。目前美国石油学会API-618对压缩机压力不均匀度的许用值提出最低技术要求。其主要的计算方法是经验计算法，其计算公工为万≤1．9／Pu3(2)式中尸为为管内的平均绝对压力，MP

8、a。该式可对管道进行简单分析以确定气柱共振管长。当压力在O．345MPa'--20．7MPa之间时，压力不均匀度许用值按下式计算：[6]=401(P·朔1尼(3)48卷增刊于成龙等：往复式压缩机系统管道振动分析625式中闷为允许压力不均匀度，％；P为管内平均绝对压力，Mpa；d为管道内径，cm；f为脉动频率，Hz。脉动频率厂的计算公式为户刀·m