氣流壓力脈動的成因是往復式壓縮機氣缸間歇性的吸氣與排氣，造成管道內的氣體流速和壓力的周期性變化。
眾多生產實踐表明，壓縮機管路的絕大多數振動問題都是由氣流壓力脈動引起的，而壓縮機間歇性的吸排氣造成管道中氣體流動的非均勻變化是產生氣流壓力脈動的主要原因。
基本介紹
- 中文名：氣流壓力脈動
- 外文名：Pressure pulsation
- 領域：壓縮機工程
- 產生原因：間歇性吸排氣
簡介,壓縮機氣流壓力脈動的分析,氣流壓力脈動的消減措施,緩衝器減振,孔板減振,固定支承減振,
簡介
氣流壓力脈動是引起天然氣壓縮機管道振動的主要原因，因此在配管設計中應採取消減氣流壓力脈動的措施，如在靠近氣缸口附近安裝緩衝器，在緩衝器法蘭處安裝恰當尺寸的孔板；管道設計中管道應儘量平直，儘可能減少彎頭，避免急彎和空間三度轉彎，要進行管系氣柱固有頻率和結構固有頻率及結構振動回響方面的計算，避免發生氣柱共振和機械共振，通過合理的計算採取合理的措施消減氣流脈動。
壓縮機氣流壓力脈動的分析
近年來研究氣流壓力脈動的理論方法以平面波理論與一維非定常流動理論為代表，從分析域的角度講前者為頻域分析，後者為時域分析，其中平面波理論計算方法比較成熟。
隨著計算流體力學的不斷發展，基於一維非定常流動理論的 CFD 方法在分析氣流壓力脈動問題上得到越來越廣泛的套用。但研究發現湍流模型和格線質量，都會對 CFD 計算模型的求解精度產生較大影響。而平面波理論方法能直接得到控制方程的精確解析解，無需劃分格線疊代求解，計算更加方便快捷。
採用以平面波理論為基礎的聲學波動方程，給定符合往復式壓縮機氣缸啟閉規律的邊界條件，對壓縮機管路系統中氣流壓力脈動進行模擬計算，搭建壓縮機氣流壓力脈動試驗平台，通過試驗採集氣體壓力脈動信號，驗證數值計算結果的正確性。
研究發現縮短壓縮機排氣口到緩衝罐連線管長度、增大壓縮機與緩衝罐間管道內徑及加大緩衝罐容積，都有顯著降低氣流壓力脈動的效果。在解決壓縮機管線振動問題時，應綜合最佳化設定這 3 個尺寸參數，設計出壓縮機吸排氣管路的最佳構造形式，可從根本上解決因氣流壓力脈動引發的管道振動問題。
氣流壓力脈動的消減措施
壓力脈動是活塞式壓縮機管道系統中的固有特性。壓力不均勻度總是一定程度地存在，不可能完全消除，較大的壓力脈動會給壓縮機運轉造成不利影響，破壞安全閥的嚴密性，造成管道和設備的很大振動，尤其是氣流經過管道彎頭、閥門等處，較大的壓力不均勻度將成為管道振動的主要激振力，在管道各連線處產生的振動應力，可能成為整個結構疲勞破壞的主要原因。以下是削減氣流壓力脈動的措施。
緩衝器減振
緩衝器在氣體系統中常用來降低壓力脈動，主要原理是憑藉緩衝器容積的能量儲存作用。進氣緩衝器限制從氣缸上游來的放射壓力波進入進氣管道；排氣緩衝器不僅限制返回的反射波進入氣缸，而且限制壓力波進入排氣管道。緩衝器的消振效果取決於緩衝器容積的大小和位置是否足夠靠近氣缸。安裝在氣流脈動發源處，即靠近壓縮機氣缸處的緩衝器是簡單而有效的減振措施，遠離氣缸的緩衝器往往不能起到預期的緩衝效果，所以緩衝器的安裝位置應足夠靠近氣缸；為了取得更好的減振效果，緩衝器的容積應儘可能大一些。
孔板減振
增加孔板也是很有效的減振措施。當壓縮機組結構設計不允許緩衝器緊靠氣缸、緩衝效果不理想時，特別是氣缸與緩衝器間連線管為共振管長時，通過在緩衝器法蘭處安裝恰當尺寸的孔板可以把管道內的氣流由駐波變為行波，從而降低氣流壓力的不均勻度，以增強緩衝效果,達到減振的目的。但是應注意，孔板的安裝位置非常重要，孔板應安裝在足夠大的容器進、出口法蘭處，孔板遠離容器時，不再形成無反射的條件，只是一個單純的局部阻力元件，無法起到消振作用。因此，沒有緩衝罐而單獨使用孔板將無法起到消振作用。
氣流通過孔板後，其流速大小和方向都會發生變化，系統能量也會損失，氣流壓力的變化對天然氣壓縮機在油田的注氣、採油、增壓外輸等方面會產生較大的影響，增加孔板雖然降低了氣流壓力脈動，但同時也減小了輸送壓力，這是一個矛盾的統一體。
在考慮減小氣流壓力脈動的同時，也要考慮在生產工藝上滿足要求，不要顧此失彼，得不償失。因此，在增加孔板減小氣流壓力脈動的同時，一定要仔細分析氣流通過孔板時的壓力降。
固定支承減振
為了機組設計的緊湊性和工藝流程設計要求，壓縮機組的進、排氣管道必然要設定多個彎頭。合理的布置管道和安裝管道支承，對減小管道振動具有較大的影響。
（a）對於天然氣壓縮機，管道布置時應儘量沿地面鋪設，這樣有利於管道支撐。管道布置時還應儘量減少彎頭的數量，以減小激振力的作用。
（b）管道支承設計中應注意以下幾個方面的問題：
①一般情況下，支架的跨距應大體相同（當然相鄰支架最好不要完全相等）。因為在各支架的跨距中，只要有一個較大，管系的機械固有頻率就會顯著降低。
②天然氣壓縮機管道的支架應採用防振管卡或固定支架，不能採用簡單支托,更不能採用吊架。為了增大管卡與管道之間的接觸面積使管卡能夠卡緊，防振管卡應採用扁鋼不宜採用圓鋼，並且在管卡與管道之間應襯以石棉橡膠墊。
③防振支架宜設獨立基礎，儘量避免固定在壓縮機基礎和廠房的樑柱上。防振支架的結構和支架的固定部分應具有足夠的剛度，防振支架的間距和位置應經過管系固有頻率分析後確定。
④振動管道沿地面鋪設，原則上支架不應固定在廠房、構架、平台和設備上，應固定在管墩的型鋼上；固定管托、管卡時應有一定彈性，以吸收管道部分振動力。減小管道振動就是要減小激振力和加強約束力。具體措施就是減少彎頭數量，加強支承和改變支承位置等。但在壓縮機配管已經完成的情況下，用減少彎頭數量的方法，工作量較大。因此，改善支承是行之有效的方法， 改用環形扁鋼卡環固定，卡環與管子間採用石棉橡膠板墊層，使卡環的作用大大加強。由於支承結構的改變，所以管繫結構自振頻率就增加了，增加了管道的抗氣流脈動的干擾能力，同時抗外力干擾的能力也明顯改善。
