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［摘 要］ 活塞式压缩机的管道振动，不仅会使管道与阀门、附件等的连接松动，还会使管道疲劳破坏并产生裂缝，严重时导致介质大量泄漏，引起燃烧爆炸。除此之外，振动还会影响吸、排气效果，机组效率降低。因此，活塞式压缩机的防振是一个非常重要的课题。现就活塞式压缩机管道振动产生的原因及防振措施作了分析，提出了防振措施，给出了应用实例。
［关键词］ 活塞式压缩机 管道振动 气流脉动 防振 措施
一、活塞式压缩机管道振动产生的原因
活塞式压缩机产生管道振动的原因很多。归纳起来主要有两方面，一方面来源于压缩机本身的惯性力和力矩，另一方面来源于气流脉动。实践证明，现在使用的压缩机所产生的管道振动，大多数为气流脉动所引起。因此，消除管道振动的首要措施是消除气流脉动，下面就气流脉动引起振动的原因作一讨论。
气流脉动引起的管道振动，同时存在两个振动系统，一个是气柱振动系统，另一个是机械振动系统。
1．气柱振动系统
管路系统内所容纳的气体通常叫气柱，由于气柱可以压缩膨胀，并有一定的质量。因此，气柱本身就是一个振动系统，当气柱受到一定激发后，会形成一定的受迫振动。压缩机的运行对管路产生周期性的激发，当气柱对此激发作出响应时，就形成气柱受迫振动，振动的结果表现为压力脉动。一般活塞式压缩机出口所产生的脉动压力，相对于管内平均压力比较小，而管道内的阻尼很大，因而它所引起的气柱振动不会太大。但当激发频率与气柱固有频率相等或相近时，就会激发气柱产生气柱共振。
简单管道气柱固有频率计算公式如下：
（1）一端封闭一端开启的管路
式中 c——声速；
L——共振管长；
i——阶次。
（2）两端均为封闭管路
管道上容器容积大于10倍管道容积时可视为开启端，压缩机出、入端可看为封闭端。
2．管道振动系统
管道结构也是一个振动系统，当脉动气流遇到管路弯头或管截面变化时，会产生激振力，在它的激发下，管道系统作出响应，形成管道振动，压力波动越大，激发力越大，管道振动就越强烈。现以弯管为例（见图5），说明激振力产生的原因及影响激振力大小的有关因素。
式中 R——弯管上的激振力；
p——管道内气流的脉动压力值；
S——管道通流面积；
β——弯管弯角。
R就是由于脉动压力引起作用在弯管上的激振力，弯角越大，激振力越大。
R的大小还与气流的压力脉动有关，脉动压力p越大，R越大。压力脉动的幅度可由压力不均匀度来表达
管道振动系统还存在着另外一种情况，引起管道剧烈振动。即在气流压力不均匀在允许值范围内的情况下，只要激发频率等于或近似于管道系统固有频率之一，就会引起管道机械共振。此时，管道振动出现最大振幅。
管道结构固有频率是管道系统作同步自由振动时的频率。它的大小与该系统的质量和刚度有关。
固有频率计算公式为：
由以上分析可知，气柱共振，大的激振力及管道机械共振，都会引发管道强烈振动。尤其是当激发频率、气柱固有频率、结构固有频率三者相等或相近时，管道和气柱均处于共振状态，导致管路发生最强烈的振动，机器无法使用。
因此，消除管道振动，可以从消除气柱共振、减弱激振力和避免管道机械共振三方面入手。
二、防振措施
1．防止产生气柱共振
对一台活塞式压缩机来说，激发频率是一定的。因此，防止管道气柱共振，就只能调整气柱固有频率，使之避开激发频率，以免产生气柱共振。要改变气柱固有频率，可从改变与之有关的因素人手。共振管长是决定是否产生气柱共振的重要因素。在设计阶段，合理选择管长，使之避开共振管长是消除气柱共振的第一步。管道的合理布置，管道容器正确位置的确定，对消除气柱共振同样具有影响。一台设计合理的压缩机，只要严格施工，一般不会出现气柱共振。
2．防止产生激振力
（1）减少管道上的弯头、异径管、阀门、附件等，以减少激发响应点。
（2）采取措施，降低压力不均匀度。
1）设缓冲器 缓冲器是一种稳定流体压力或流量用的小容器，它起到平稳压力或流量的作用，使压力不均匀度减少，流量平稳，从而达到减振目的。
2）装孔板 在活塞式压缩机管道的适当部位安置孔板是消减现场管道振动的有效措施之一，且实施方便，故使用日益广泛。
孔板的作用是将管道内的压力驻波转变为引波，从而降低管道内的压力不均匀度。引波就是正弦波以声速向一个方向移动传播的波。而驻波是管道内各处的压力波沿正方向传播的引波（正射波）和沿负方向传播的引波（反射波）的叠加，它的振幅比行波大。
孔板将压力驻波转变为引波的原理就是将孔板装在了压力节点处，由于孔板有一定局部阻力，破坏了波反射条件，构成了无声学反射端点反射条件，使管路只有单向行进的行波，从而达到减小压力不均匀度的目的。
选用孔板时，尺寸一定要合理，主要考虑两项：
开口比：d／D＝0.43～0.50。
厚度：H＝3～5mm。
3．避免管道系统产生机械共振
要避免管道系统产生机械共振，只能调整管道结构固有频率避开激振频率。在设计阶段要注意管道质量和刚性，算出管道结构固有频率，使之避开激发频率。如现场出现机械共振，可采用捆绑，或加、减支承的方式改变其刚度。以改变管道结构固有频率，避开激振频率。消除管道机械共振。
三、消振实例
1．消振前情况简介
某厂甲醇循环机J202／A、B（技术参数如表1）在改造前，压缩机出、人口管线和设备振动情况十分严重。由于强烈振动，造成了管道焊缝开裂，压力表和温度计过早损坏，换热器隔板振裂，并有强大的噪声。改造前的两年间，共损坏密封68套，装置停工34次，因振动原因造成的裂缝41道，严重影响了安全生产和经济效益。
2．振动原因分析
振动原因归纳起来有两条。关于第一条，这里不予讨论，只从理论上来论证一下气流脉动对振动的影响。
气流脉动是振动的根源。控制脉动压力幅度，使它处于允许值范围内是消除管道振动的根本方法之一。
先分析一下J202中的压力不均匀度。
那么，如此强烈的振动是否还存在着管道机械共振呢?这点可通过计算管系结构固有频率来判断。
查《工艺管道安装设计手册》得管子质量为：
与激振频率相近，可见管道也存在机械共振，应改变管道结构固有频率。用增加其刚性，提高固有频率的方法可达目的，在该管道下新增两支撑托架。
现验算加支承后管结构固有频率：
增支承后一段管长变为L＝200cm，则
激振频率不在共振区，可以消除管道机械共振。
3．现场采用的消振措施
甲醇车间在分析论证后，采取了如下防振措施。
（2）出口处增设汽液分离器。避免汽液两相发生互击。
（4）管道改直、加粗、减少弯头22个，阀门5个，去除大小头4个。
（5）提高焊接质量，用三通代替直接在管道上开口。
（6）增加管系刚性，增加支承改变管系结构固有频率，使之远离激发频率。
四、效果
上述措施实施后，振动明显降低，噪声基本消除，实测指标符合要求，开工后对振动值测量比较情况如表2。消振措施取得了满意效果。
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