气流脉动及管道振动__2009

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1、气流脉动与管道振动彭学院Tel:029-82663785Email:xypeng@mail.xjtu.edu.cn西安交大压缩机研究所18:1216.1气流脉动与管道振动的危害彭学院ò压缩机管路为何存在气流脉动？ò压缩机管路内气体压力和流量的周期性波动（脉动）ò由压缩机周期性吸、排气导致ò管路内任何流量或压力的扰动，都会传递到相连通的管路系统中，引起气流脉动ò所有压缩机都存在不同程度的气流脉动real500fourier400300200????1000050100150200250300350400??18:1226.1气流脉动与管道振动的危害彭学院ò气流脉动的危害ò

2、降低压缩机容积效率ò增加压缩机功率消耗ò恶化气阀工作条件ò激发管道振动ò影响稳定供气ò注意：吸气共振增压1.00.80.6lifL/mm0.40.20.06018:12901201501802102403CrankAngle/deg6.1气流脉动与管道振动的危害彭学院ò压缩机的管道振动ò气流脉动激发管道振动ò产生于力不平衡处ò弯管ò变截面ò阀门ò盲板ò惯性力不平衡引起机身振动也会诱发管道振动ò只发生在压缩机附近18:1246.1气流脉动与管道振动的危害彭学院ò管道振动的危害ò管道及附件（分离罐等）应力过大：疲劳破坏、破裂ò仪器、仪表及管路部件、支撑松动、破坏ò反过来引起

3、压缩机机身振动：运动件疲劳、过载，降低压缩机可靠性ò基础振动、应力过大（建筑物、船舶、车辆上安装压缩机的情况有影响）ò代表性案例ò临沂城市用管道煤气气柜摇晃ò克拉马依油田天然气管道断裂ò华北油田管道阀门断裂18:1256.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院ò控制气流脉动激发源ò减少压缩机每个行程中的吸、排气量ò提高转速ò增加每周期工作的容积数（气缸数、螺杆齿数、滑片数）ò单作用改为双作用激发气流脉动的气缸作用方式在吸气、排气管道上激发的方式主要阶次1，2，3……2，4，6……18:1266.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院ò控制气流脉动响应（1）避开气柱共振ò气柱

4、共振：脉动激发频率与气柱固有频率重合时，脉动响应非常大ò重合：工程上±10％ò完全避开气柱共振不可能：气柱系统存在无穷多个固有频率ò尽可能避开低阶气柱共振：低阶气柱共振影响大¢尤其是要避开基频的气柱共振¢基频:旋转周期内吸/排气次数（或主激发频率）òAPI618推荐的方法：容－管－容型Helmholtz共鸣器¢共鸣器的截止频率一般达到主激发频率的1.33倍¢500r/min以上高转速压缩机达到主激发频率的0.7倍以下18:1276.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院ò控制气流脉动响应（2）提高脉动缓冲效果ò增加缓冲管、分离罐等各类容器的容积ò尽量使容器靠近压缩机ò集管

5、器通流面积大于分支管面积和的3倍òAPI618对缓冲管的容积大小做了推荐¢针对初次设计且没有脉动分析能力的情况，偏保守¢脉动分析证明管路脉动符合API的要求，不必满足容积要求òAPI618对脉动幅值大小做了推荐¢18:1286.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院ò控制气流脉动响应（3）设置孔板ò大容器出口法兰处设置孔板¢孔板内径在管道内径的0.4～0.6倍¢孔板紧靠容器入口或出口ò孔板效果¢理论上孔板之后管路内为行波¢附近压力脉动可降50％，远处衰减幅度略低¢孔板也会增加流动阻力¢对发生共振管路作用不大（不要滥用）18:1296.2解决气流脉动问题的思路与措施彭学院ò

6、控制气流脉动响应（4）采用脉动衰减器ò解决气流脉动问题的有效措施ò容－管－容型衰减器就是一种脉动衰减器ò多个容器与管子之间进行不同组合，就形成各种各样衰减器òHelmholtz共鸣器18:12106.3解决管道振动问题的思路与措施彭学院ò降低管道振动激发ò控制整个管系的压力脉动幅值ò尽量减少弯管、异径管等产生振动激发力的元件òAPI618的推荐做法：ò当压力脉动超标时，检查管道振动激发力是否超出推荐的范围ò若激发力未超出推荐范围，则不必进行振动分析ò否则，需要进一步采取措施降低压力脉动，并进行振动分析òAPI618推荐了振动激发力允许范围18:12116.3解决管道振动

7、问题的思路与措施彭学院ò控制管道系统的振动响应（1）避开结构共振ò结构共振：管系结构固有频率与压缩机主激发频率或倍频重合ò管系结构固有频率需要通过管道结构模态分析得到ò固有频率在振动激发频率±20％范围内时，就认为会发生共振¢复杂管系结构固有频率20％的计算误差很常见，而气柱固有频率计算误差能在5％以内¢原因1：管路系统支撑及支撑与管道连接处的刚性与实际值有较大偏差¢原因2：软件使用者需要丰富的工程经验ò只能设法避开低阶共振¢±20％偏差范围使得高阶共振很难避开¢而且高阶共振时响应远不如低阶òAPI618推荐：结构固有频率应高于压缩机转速