往复式压缩机工程设计中的问题探讨

往复式压缩机工程设计中的问题探讨

摘要：本文主要是对往复式压缩机工程设计中的问题进行探讨，首先研究往复

式压缩机出现振动的振源与防振措施，然后分析管道设计，最后提出优化方案，

为相关工作人员提供一定参考。

关键词：往复式压缩机；管道设计；振动

前言：

在往复式压缩机运行过程中，常常会出现振动现象，该现象不仅较为复杂，而且在设计

时也是令设计人员极为头疼的问题，如果在设计时存在不足，就非常容易出现共振现象，从

而对压缩机的使用寿命和性能产生非常大的影响，不利于设备的正常使用。下面笔者就针对

相关内容进行详细阐述。

一、往复式压缩机出现振动的振源与防振措施

（一）振源分析

根据此类型压缩机工作的具体情况来看，其在气缸当中通常是进行周期性往复运动，能

够导致在吸排气上出现周期性变化，而管道中气体则呈现出脉动状态，不论是气体的压力、

流速还是密度都会随着时间和位置发生周期性改变，而这一现场也被人们叫作气流脉动[1]。

由于气体接触到各种管件以后，便会产生激振力，当受到该力所产生的作用时，管道也就会

出现振动。由此能够的看出，发生振动的振源为管道内的气体发生了压力脉动。

因为压力脉动不可能消失，所以在管道中出现振动，并处于合理范围之内，那么所产生

的任何振动都是正常的，需要注意的是避免发生剧烈的震动，主要是如果受到剧烈震动，那

么就会对管道、材料等等造成破坏[2]。通常情况下，致使管道发生振动的原因有：（1）气

体所受到的压力脉动太大，使得所产生激振力过大，此时振动频率非常高，形成的振动也就

很高。而出现此种情况的因素主要在于在缓冲罐、基础等方面上的设计存在问题而引起的。（2）管道结构自身容易出现共振，产生共振的原因主要在于压缩机自身所产生的激振力频

率与管道固有频率是相同或是非常接近的，如果发生了共振会导致管道在振动上出现快速增加，而管线则发生了非常大的位移。

（二）防振措施

如果想要最大程度减少管道中气体所发生的波动，避免出现共振现象，那么就应当采取

有效措施加以解决[3]。所采取的防振措施主要有：（1）当对压缩机和管道进行连接时应当

使用柔性接头；（2）对缓冲罐进行科学设置，如果其所处的位置与压缩机管嘴之间的距离

越小，那么所产生的效果也就会越好；（3）降低所使用的弯头数量，将壁厚与管径变得越

来越大，以便能够设置一个更加科学合理的弯头；（4）利用公式将气体脉动频率进行结算，以便将其和管道固有频率而错开，从而避免出现共振问题。

二、往复式压缩机管道设计分析

（一）明确单位分工

当进行设计时，应当明确和制造之间进行明确区分，使得制造厂和设计单位间能够各自

承担起相应的责任，针对于压缩机每个层级之间的管道进行配管或是在设计支架时，都应当

由制造商而负责，但是压缩机在进出口管道以及相关配套的设施上的设计则应当由设计院完

成[4]。此类型压缩机中的管系需要先将其送到制造商，然后由制造商对其进行脉动分析，再

根据相关规定以及双方之间的商议最终决定使用何种方法。压缩机制造商应当将所有配管方

案提供给相关单位，而就换热器的布置方式等等则要提交给设计单位，由其进行审查，而设

计原则要根据具体情况提出有效的修改意见，然后需要各方在修改意见上达成共识。

（二）明确专业分工

所谓明确专业分工主要指的是管道设计与应力两个专业进行明确分工，当进出口管道走

向得以明确以后，那么管道应力专业人员则需要使用CAESER Ⅱ工具不仅要完成管道布置工作，还需要支架布置方案加以分析，了解其自身是否能够满足相关规范要求。如果通过分析

了解到其在规范要求上并不能够满足相关规范，那么则需要提出具体的修改方案，一直到能

够满足相关规范要求[5]。一般情况，当完成了静态应力分析以后，此时则需要将其提交给压

缩机制造厂商，由其再一次进行确认，并且对于其在确认分析时所提出的修改意见，则需要

与之进行交流，以便在修改意见上能够达成一致。

（三）吸排管管道支架

针对于吸排管管道支架，当对其进行设计时应当：（1）尽量避免出现振动，对于吸排

气管道切勿使用吊架将其吊装起来；（2）吸排气管道支架切勿在压缩机楼板与房柱上生根；（3）振动管道应铺设地面上，通常将管卡生根于管墩处，对官卡与导向支架进行科学配置，不仅要拥有良好的抗振性能，还要避免管道出现热位移现象。为了能够让管道振动变小，应

当使得管托、管卡拥有弹性，此时便可以在其和管道间增加一层石棉橡胶板，如此便能够对

振动加以吸收；（4）如果管道直径不足40mm，当其与主管进行连接时，应当根据介质流向进行斜接，或是利用管接头加以连接；（5）针对于管道需要考虑热应力的情况，那么在其

支架位置处应当进行全面考虑，以便能够使得其在防振设计以及应力分析等方面都能够满足

相关要求；（6）对于各种管道拐弯、分支和标高等等存在变化的地方，应当在其附近处安

装支架；（7）在压缩机底座与机壳切勿安装管道支架。

三、往复式压缩机配管优化方案

以某往复式压缩机为例，因为在设备接口、内部管线等等并没有对其进行柔性连接，所

选择的配管也没有满足管道自身柔性需求，那么将会导致管道出现偏心的问题，在管架设计

上也存在明显不足，缺少必须的弹簧支架，并且制造商对于也没有完成振动计算。当压缩机

在运行过程中，将会发生共振，所产生的噪声过大。根据振动计算，以满足设备运行为基础，最大程度降低对配管的修改，然后再对其进行优化能够取得较为理想的效果。

优化一，在出口位置加孔板。在管道内部所产生的压力主要为是受到工艺操作要求的影响，通常情况下是不可改变的，然而却能借助局部高压而缓解所出现的压力不均匀问题。所以，应当在管道出口处安装孔板，若是处于排气状态时，气体在压力、流量、流速等方面将

会从高值降低，一直到出现排气为止。

优化二，对管架进行调整，选择具有减振功能的支架。固定支架也具有一定的防振功能，然而却也会在一定程度上使得其刚性得到增加，阻碍了管道发生热位移现象，对于自然补偿

来说是非常不利的。所以，面对此种情况应当使用防振管卡用于在纵向上将会得到约束。在

管卡上应当尽量选择扁钢，其在一定程度上能够大大增加受力范围，将螺栓横向拉紧，这在

一定程度上能够使得管卡拥有更大的卡紧力。而双螺母的选择则是最大程度避免发生振动而

出现脱落问题，此时需要将螺栓孔调整成为长圆形，当管道出现热位移时也能够得以释放。

并且，还应当在管道外壁和管卡间安装石棉橡胶板，厚度我3mm，使得防振管卡和管道能够得以充分接触。

总结：