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往復式壓縮機管道振動的有限元分析

發布于:2023-06-04 16:21
有限元分析

      石化企業的壓力管線由于管道內壓力脈動和管線中存在著彎頭、閥門等引起流體激振,致使管線及其連接設備會產生強烈振動。往復式壓縮機在運轉過程中,由于吸排氣的間斷性以及活塞速度的周期性變化,管道內始終存在氣流壓力脈動。壓力脈動可能導致壓縮機指示功率的增加、管道和設備振動過大等問題,嚴重時會影響裝置的正常運行。
      實際上,引起壓縮機管道振動的原因十分復雜,由于往復式壓縮機的固有特點,管路壓力脈動客觀存在,但不一定會因此產生劇烈振動。只有通過正確診斷找出引起振動的原因,才能有效采取減振措施。以壓縮機機組為例,進行機組振動故障分析。該機組為M型四級六列雙作用無油潤滑活塞壓縮機,各級均配有進排氣緩沖器、冷卻器、分離器。運行中發現,三級分離器與四級進氣緩沖罐之間管道振動過大,管道穿過的樓板振動明顯,影響正常運行。                             
      壓縮機機組為四級六列,三對對置曲拐120°錯角布置,氣缸雙作用,電機轉速333 r/min。所以,該機組氣流激振一倍主頻。
      基于有限元分析平臺,本文搭建了包括傳感器、信號調制設備、數據采集與分析硬件、計算機和應用軟件的完整的振動數據采集系統。利用磁電式速度傳感器進行振動值的測量。傳感器測得的振動波形數據通過A/D板卡采集到計算機,通過軟件實時顯示時間波形數據,同時進行FFT變換,并輸出頻譜圖。振動測點布置,如圖所示。                   
      表列出了各測點振動測試值。壓縮機第四級氣缸外壁與基礎對應測點4#和測點5#,顯然其振幅值普遍低于管道上振幅,由此可以排除壓縮機不平衡和基礎設計不當等方面的原因,斷定管道振動是由于氣流脈動所引起的。                
      最大振動幅值發生在四級緩沖罐入口管道(2#)處和三級分離器出口管道(1#),四級進口緩沖罐(3#)也有較大的振動值,大振幅對應的振動頻率為72 Hz。                
      脈動氣流遇到管道中的轉彎和管件時,由于力的不平衡性,必然會出現對管道的激振力(如圖1中,管1對管2在垂直轉彎處存在較大的氣流沖擊),當這種激振力頻率落入管道結構固有頻率的共振區內,就會使管道結構處于機械共振狀態,引起管道、基礎的強烈振動。
      管道壓力脈動消除的最常用的方法是增設緩沖器。緩沖器后面管道內氣流的平穩程度,取決于氣缸對管道的激發方式、緩沖罐的容積、安裝位置及它與管道的連接方式。其中,緩沖罐容積對壓力脈動的減緩程度起主要影響,若緩沖罐過小就起不到緩沖的作用。


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