张海涛，郑 坤，周 毅，朱永凯，王 瑛

(中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452)

作者简介：张海涛(1986—)，男，工程师，主要研究方向为石油机械、船舶机械， seahaisea@126.com.

摘要：针对往复式压缩机管道频繁出现故障,影响正常运行的问题，提出基于管道振动分析的往复式压缩机机构优化方法，分析得出压缩机气体管道振动的原因为管道内的气柱共振和气流压力脉冲在管道处的冲击振动以及管道的机械振动。针对该问题，采用降低压力不均匀度、避免较大的气流脉动和调整管道结构固有频率避免机械共振的方法，实现对往复式压缩机机构的优化。实验结果表明，该优化方法可实现机构减振和压力不均匀度的有效优化，提升压缩机机构的进油量。

关键词：管道振动；分析；往复式压缩机；机构优化；减振；机械共振

中图分类号：TH45   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)05-0112-05

往复式压缩机是通过气缸内活塞或隔膜的往复运动,使缸体容积发生周期性变化,从而实现气体增压和输送的一种压缩机。往复式压缩机在石油、化工、冶金、纺织等行业得到了广泛的应用，由此可以看出，往复式压缩机不仅应用于重工业，在轻工业中也得到应用，社会需求量较大。往复式压缩机在运行中会出现管道的振动声过大等问题，这些问题严重影响往复式压缩机的正常运行。管道振动是往复式压缩机工作时经常出现的问题，究其原因有3种：一是管道的机械振动；二是气流脉动对管路结构系统产生冲击振动；三是由于压缩机的往复运动产生的管道内气柱振动。管道振动会降低往复式压缩机压缩管道机构的运行稳定性和质量，因此优化往复式压缩机时，应重点考虑对管道振动问题的优化。本文通过降低管道压力不均匀度以避免较大的气流脉动、调整管道结构固有频率避免机械共振，实现对往复式压缩机管道机构的有效优化。

1 往复式压缩机机构优化

1.1 压缩机气体管道振动原因分析

压缩机气体管道的振动来源于管道内气柱的共振、气流压力脉动在管道处的冲击振动和管道的机械振动。

1.1.1 气柱共振

气柱振动系统根据配管情况和始端边界条件的不同，均有其一系列固有频率，其中最低的频率称为一阶固有频率或基频，其他的固有频率由低到高分别称为二阶、三阶……固有频率，当往复式压缩机的激发频率与某阶的气柱固有频率重合时，气柱系统将出现最大的振动响应，形成强烈的气流压力脉动，这种现象称为气柱共振。压缩机工作时产生气流压力脉动是因为活塞运动的速度具有随机性，吸气和排气具有交替性和不连续性。〖HJ*4/9〗

当压缩机管道气柱的激发频率g_x与气柱固有频率g相同或接近时，气柱会产生共振，此时气流压力脉动强烈，导致管道乃至压缩机发生剧烈振动。

激发频率g_x和气柱固有频率g的计算公式如下：

g_x=kt/60   （1）

g=jb/(4M)  （2）

式中：k为曲轴旋转一周向气缸吸气（或排气）的次数，单作用压缩机和双作用压缩机气体在气缸内压缩次数分别为1和2；t为压缩机曲轴转速；j为气柱固有频率阶次，j=1,3,5,…；b为气体的声速，b=，H为气体的绝热指数，Y为常数，Z为管道长度；M为气柱长度。

当管道长度在某一范围内时，管道固有频率......