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往复式压缩机管道振动的有限元分析

发布于:2023-06-04 16:21
有限元分析

      石化企业的压力管线由于管道内压力脉动和管线中存在着弯头、阀门等引起流体激振,致使管线及其连接设备会产生强烈振动。往复式压缩机在运转过程中,由于吸排气的间断性以及活塞速度的周期性变化,管道内始终存在气流压力脉动。压力脉动可能导致压缩机指示功率的增加、管道和设备振动过大等问题,严重时会影响装置的正常运行。
      实际上,引起压缩机管道振动的原因十分复杂,由于往复式压缩机的固有特点,管路压力脉动客观存在,但不一定会因此产生剧烈振动。只有通过正确诊断找出引起振动的原因,才能有效采取减振措施。以压缩机机组为例,进行机组振动故障分析。该机组为M型四级六列双作用无油润滑活塞压缩机,各级均配有进排气缓冲器、冷却器、分离器。运行中发现,三级分离器与四级进气缓冲罐之间管道振动过大,管道穿过的楼板振动明显,影响正常运行。                             
      压缩机机组为四级六列,三对对置曲拐120°错角布置,气缸双作用,电机转速333 r/min。所以,该机组气流激振一倍主频。
      基于有限元分析平台,本文搭建了包括传感器、信号调制设备、数据采集与分析硬件、计算机和应用软件的完整的振动数据采集系统。利用磁电式速度传感器进行振动值的测量。传感器测得的振动波形数据通过A/D板卡采集到计算机,通过软件实时显示时间波形数据,同时进行FFT变换,并输出频谱图。振动测点布置,如图所示。                   
      表列出了各测点振动测试值。压缩机第四级气缸外壁与基础对应测点4#和测点5#,显然其振幅值普遍低于管道上振幅,由此可以排除压缩机不平衡和基础设计不当等方面的原因,断定管道振动是由于气流脉动所引起的。                
      最大振动幅值发生在四级缓冲罐入口管道(2#)处和三级分离器出口管道(1#),四级进口缓冲罐(3#)也有较大的振动值,大振幅对应的振动频率为72 Hz。                
      脉动气流遇到管道中的转弯和管件时,由于力的不平衡性,必然会出现对管道的激振力(如图1中,管1对管2在垂直转弯处存在较大的气流冲击),当这种激振力频率落入管道结构固有频率的共振区内,就会使管道结构处于机械共振状态,引起管道、基础的强烈振动。
      管道压力脉动消除的最常用的方法是增设缓冲器。缓冲器后面管道内气流的平稳程度,取决于气缸对管道的激发方式、缓冲罐的容积、安装位置及它与管道的连接方式。其中,缓冲罐容积对压力脉动的减缓程度起主要影响,若缓冲罐过小就起不到缓冲的作用。


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