【壓縮機網(wǎng)】1、排氣管振動(dòng)的原因

 

　　壓縮機強烈的管道振動(dòng)會(huì )使管道附件特別是與管道相連的部件連接松動(dòng)，輕則引起泄漏，重則由破裂引起爆炸；引起零件的疲勞破壞，降低整個(gè)裝置的疲勞壽命。為保證壓縮機的安全運行，有必要對管道振動(dòng)的機理進(jìn)行分析和研究。管道內流體流速過(guò)快產(chǎn)生湍流邊界層分離而形成渦流，會(huì )引起振動(dòng)。管道系統的振動(dòng)主要是由機械振動(dòng)、管道內部介質(zhì)脈動(dòng)以及支吊架安裝不當引起。

　　使用測振儀對某型號移動(dòng)式螺桿機進(jìn)行測試，發(fā)現其在空載時(shí)運動(dòng)比較平穩，振動(dòng)輕微；當對移動(dòng)機加載測試時(shí)，振動(dòng)劇烈，由振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲也比較厲害，由此可以肯定該壓縮機的管道振動(dòng)主要是由氣流脈動(dòng)引起的。

 

　　2、對排氣管進(jìn)行模態(tài)分析

 

　　圖1為排氣管的實(shí)體造型圖。此排氣管是從壓縮機主機出來(lái)到油氣分離器中間的一段，材質(zhì)為普通碳鋼，彈性模量為210GPa，泊松比為0.28，密度為7800kg/m2。管外徑是89mm，管壁厚為4.5mm，管的彎角為90°。

 

 

　　2.1 排氣管內部流體的運動(dòng)軌跡

 

　　針對排氣管的振動(dòng)問(wèn)題，用Solidworks 軟件對排氣管進(jìn)行實(shí)體建模，然后導入內部模塊Flow simula—tion進(jìn)行排氣管內部流場(chǎng)的模擬。對模型加上封蓋沿中心線(xiàn)剖分后，進(jìn)行計算域和流體子域的限定，插人流體的邊界條件：入口的體積流量Q為20m³／min，化成軟件默認的單位m³／h后的數值為0.33，氣體的流動(dòng)狀態(tài)假設為均勻流動(dòng)，按理想氣體狀態(tài)進(jìn)行處理；出口進(jìn)行靜壓處理，從而得出排氣管內部流體的流動(dòng)軌跡如圖2所示。
 

 

 

　　從上圖可以看出，在管道的拐彎處由于受到內部氣流的沖擊壓力較大，在直管部分氣流相對平穩，所以管道拐彎處的壓力脈動(dòng)是引起管道頻率變化的主要因素。

 

　　2.2 排氣管的頻率分析

 

　　在原有的實(shí)體模型的基礎上，將模型導人Solid—Works的內部插件Simulation，進(jìn)行頻率設定、編輯應用材料、添加固定夾具(由于排氣管的兩端都有構件相連，所以為兩端固定型)，內壁均勻添加1.9MPa的壓力進(jìn)行分析。在生成網(wǎng)格后運行得出管道的多階固有頻率和振型圖，從而依據仿真的手段對管道的固有特性加以了解。由于篇幅限制，選取管道的第3、4階振型列舉如圖3所示。

 

 

　　在得出排氣管的各階振型之后，可以看出排氣管相對的變化趨勢，但是要有更準確的仿真結果，需要管道各階固有頻率的實(shí)際數據，現僅列舉前六階如表l所示。

 

　　壓縮機的激振頻率可由下述公式計算。

 

　　其中，n為壓縮機轉速(r／min)；m為激發(fā)頻率的階數。

 

　　此移動(dòng)機的轉速為2000r/min，產(chǎn)生的激振頻率為200Hz，理論上激振頻率在0.8～1.2范圍內為共振區，即160Hz～240Hz為共振區。從表2中的數據可以得知，第二階頻率落在了共振區的范圍內，由此可以斷定共振也是引起壓縮機排氣管管道強烈振動(dòng)的原因之一。

 

 

　　綜上所述，此移動(dòng)式壓縮機排氣管振動(dòng)是管道的固有頻率與激發(fā)頻率范圍重合(外因)以及氣流的脈動(dòng)(內因)這兩項因素共同引起的。

 

　　3、控制管道振動(dòng)的措施

 

　　該壓縮機的激振力主要來(lái)自管道拐彎處或異徑管處，因此盡量減少彎頭的數目可以減低振動(dòng)。另外，彎管處的激振力大小與轉彎的角度有關(guān)閻，所以盡量加大管道彎角處的角度可以有效降低振動(dòng)。所以管道由原來(lái)的90°彎角改為1200°。對改進(jìn)后的模型做模態(tài)分析，得到改進(jìn)后管道的各階固有頻率改變?yōu)槿绫?所示。
 

 

    　對改進(jìn)前和改進(jìn)后的管道分析進(jìn)行對比，通過(guò)軟件模擬發(fā)現改進(jìn)后的管道的固有頻率得到了有效的改善，各階頻率都避開(kāi)了共振區而且又能減小流體的壓力波動(dòng)，從而達到了降低振動(dòng)的目的。

 

　　4、結束語(yǔ)

 

　　通過(guò)對該型號移動(dòng)式螺桿壓縮機排氣管進(jìn)行仿真分析，找出了引起管道振動(dòng)的主要原因。在多種因素的綜合考慮下，采用了改變管道彎度的方案，實(shí)施后發(fā)現此方案實(shí)際有效，是減振的一種可靠的方法，為壓縮機類(lèi)似問(wèn)題的解決提供一定的參考。