往復壓縮機及其管路系統氣流脈動抑制方法研究.pdf

1、往復壓縮機普遍用于石油化工、冶金及航空國防等領域，是制造行業(yè)必不可少的能源裝備。由于壓縮機活塞間歇性、周期性的進排氣方式，導致機體及其管路系統存在氣流脈動。脈動的氣流周期性地沖擊設備和管系，直接引發(fā)結構振動。目前，隨著往復壓縮機的廣泛使用，因氣流脈動激發(fā)的管路振動問題頻發(fā)。雖然國內外學者為了有效遏制管內氣流的脈動，開展了相應的理論研究并提出一些抑制方法。但由于現場工況復雜，工藝要求多變，由氣流脈動引發(fā)的管系振動問題往往具有其特定的原因及

2、工程背景，很難一概而論，這就使得對往復壓縮機及其管系氣流脈動的抑制效果并不理想。在我國因氣流脈動造成的管路振動問題仍比較普遍，并伴隨有毒有害、易燃易爆氣體的泄漏、管系支撐斷裂，甚而造成嚴重的爆炸事故。同時，大型工藝壓縮機及其附屬設備體積較為龐大，支撐地基多為水泥澆筑結構，因而大大增加了改造難度。因此，本文圍繞現場廣泛存在的往復壓縮機及其管系氣流脈動問題，提出具有針對性的脈動抑制方法和抑制結構，開展了更加深入的理論及實驗研究，并將抑制方法

3、應用于工程實踐，證明了所提出方法和結構的有效性。本文具體研究內容如下:
　　(1)單容結構壓力脈動抑制特性研究。提出回流膨脹腔平面波阻抗理論，構建多種進排氣形式單容結構動力傳遞數學模型，研究緩沖容器空間排布方式對管系壓力脈動的影響規(guī)律，為現場合理選擇容器配置及管系布局提供理論指導。提出基于粒子群優(yōu)化算法的壓力脈動快速數值解法，結合實驗研究和三維瞬態(tài)數值模擬，證明了所構建動力傳遞模型的正確性，驗證該數值解法能夠實現全管系脈動壓力分布

4、趨勢及數值預測，且具有較高的求解精度和迭代速度。研究結果表明，同等容積下軸向進氣徑向排氣式單容結構壓力脈動抑制能力相對突出。在此基礎上揭示了特征結構參量對徑向排氣式單容脈動抑制的影響規(guī)律，有利于充分發(fā)揮容器脈動抑制效果，指導工程實踐。
　　(2)內置元件雙級膨脹腔結構壓力脈動抑制特性研究?；趦戎每装寮皟戎脼V波管的結構特點及抑制原理，提出內置多孔穿孔管雙級膨脹腔結構，有效解決因成本及空間限制，導致緊湊型往復壓縮機進排氣接口附近緩沖

5、容器容積過小，壓力脈動抑制效果受限或無效等現場存在的實際問題，充分提高管系原有單容緩沖器的脈動抑制能力。為評價裝置脈動抑制效果，深入分析脈動抑制特性，構造裝置所在管系氣流脈動動力傳遞數學模型，預測管系脈動壓力分布趨勢，結合實驗研究驗證理論模型的正確性，證明在保持管系布局的前提下，內置元件普遍適用于管系原有單容緩沖器的結構改造和抑制能力的提高。研究結果進一步表明，內置多孔穿孔管雙級膨脹腔結構所在管系壓力脈動抑制率相對于內置孔板和內置濾波管

6、雙級膨脹腔結構所在管系平均可提高20％左右。
　　(3)雙容結構壓力脈動抑制特性研究。提出雙容串聯結構，解決因現場空間緊湊，緩沖容器遠離壓縮機布置而制約脈動抑制能力的具體問題，避免過高的壓降損失以及因更換大體積單容而增大制造成本。通過構造氣流脈動傳遞數學模型，深入分析雙容串聯結構壓力脈動抑制特性及原理，采用實驗研究和數值模擬的方法，充分驗證了全管系壓力脈動傳遞綜合模型的正確性。基于軸向進氣徑向排氣單容對氣流脈動的抑制優(yōu)勢，進一步提

7、出彎頭式雙容結構，有效應對現場因空間問題無法采取雙容串聯改造方法的特殊情況。構建脈動傳遞數學模型，經對比分析證明了彎頭式雙容結構可使管系始末兩端點脈動壓力峰峰值分別較雙容串聯結構降低41.37％和27.37％，實現管系脈動的高效抑制。采用脈沖響應法對管系輸入理論掃頻激勵，求解管系對沖擊脈動的響應分布;同時分析了裝置壓力波透射特性，驗證彎頭式雙容氣流脈動抑制方法的可行性，為實現工程應用提供可靠的理論依據。
　　(4)氣流脈動實驗研究

8、。采用較大功率對置式雙作用往復壓縮機作為激勵源，搭建了與現場等規(guī)模實驗臺，實現對現場壓縮機級間管路系統氣流脈動傳遞行為的真實模擬。使用16通道高速同步采集系統，通過在測試管系上均布壓力傳感器，采集測點壓力信號，基于時、頻域分析方法掌握全管系氣流脈動分布情況，有利于對本課題理論研究結果進行合理、有效驗證。實驗設計并加工帶冗余接口的多用途脈動抑制模塊，實現了不同內件的自由組合和多種容器布置形式，為將抑制方法有效投入現場應用及指導實踐提供支撐

9、。
　　(5)脈動抑制方法在工程實踐中的應用。將本課題提出的抑制方法運用于工程實踐，指導現場解決因氣流脈動引起的往復壓縮機及其管路系統振動問題。根據現場實際工況及工藝要求，構建理論模型，分析全管系氣流脈動情況，并結合本課題提出的抑制結構制定具體減振方案。經改造后壓縮機機體運行平穩(wěn)，管路系統振動顯著下降，從而證明了本文研究方法及抑制結構能夠有效地解決現場實際存在的氣流脈動問題。
　　綜合分析工程現場廣泛存在的往復壓縮機及其管系