莨 泰。 蔽 。 l l文章编号:1671—071 1(2010)02—0038—02 维护与修理 氢气压缩机管道振动的原因分析 石 健 ,许忠仁 ,唐沸涛 f1.辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁抚顺1 13001; 2.北京化工大学诊断与自愈工程研究中心,北京 100029) 摘要:通过建立管系振动的有限元分析模型和现场实测,掌握某4M16—47.5型氢气压缩机出口管线的振 动特性;利用分析软件对管系进行了结构模态分析,并与实际测得的数据进行对比分析,找出压缩机出 口管线剧烈振动的原因,为设计出一套适合现场需求的减振方案提供了依据。 关键词:氢气压缩机;管道;振动;模态分析 中图分类号:TQ05 文献标识码:B 一、压缩机及管系基本情况 治理方案提供理论参考依据,并且验证实际测量的结果, 辽宁抚顺石油三厂有三台天然气增压系统压缩机,型 号为4M16—47.5。三台压缩机均为双作用压缩机,正常工作 采用有限元结构分析软件对原管系固有频率特性进行分析 计算,得出排气管系前五阶固有频率振型(见图1至图5), 以及固有频率计算结果(见表I)。 由振型图看出,第二阶和第三阶振型皆为轴向振动和 横向振动,最大振幅在出口三通A、口处和远端弯头c处,接 近现实振动情况,现场检测出的管道振动频率为10Hz,所 时,两台运转。压缩机管道系统为:气体先从进口总分离 器经进气总管路进入三台压缩机的进气分支管路(其中两 台运行,一台停机),经过两级压缩后,经相应的排气分支 管路进入排气总管路,再进入管网。在运行了一段时间后, 发现2号机组的排气管道三通和弯管处振动较大,并有部分 管架发生振动。2号机组功率1 250kW,转速300r/min,排气 压力为2.72MPa,其排气管道由四根 159mmx4.5mm的排气 管并联组成,材料为20 钢,每根排气管分别与两个缓冲罐 以压缩机的激发频率( =10Hz)和管道振动频率均落在二 阶固有频率共振区域(8.622~12.933Hz)内,使管道发生共 振。 三、排气管振动现场测试 相连,其中排气管振动比较明显,根据测量幅值最大值为 1.2~1.5mm,管道振动速度很大。在长期的振动情况下,导 致排气管连接缓冲罐处焊口曾发生断裂。现主要对该压缩 机管道系统的排气管路进行分析。 二、排气管道振动固有特性计算与分析 1.管道结构的激发主频率计算 通过现场观察,排气管振动幅值最大在出口的三通处 A、曰和末端弯头c处,因此现场测量部位放在管道的三通处 和拐角弯头根部,测量该处管道平面两个方向的振动位移 表1 管系有限元模型固有频率计算结果和说明 阶数 1 固有频率/Hz 2.8691 振型说明 该振型主要是垂直振动,最大振幅在远 端细管处 该振型主要是水平横向振动,最大振幅 在远端弯头处 该振型主要是水平轴向振动,最大振幅 在出口三通和远端弯头处 该振型主要是扭转振动,最大振幅在出 口三通和远端弯头处 该振型主要是扭转振动,最大振幅在直 管盲法兰处和远端弯头处 根据公式 =罱Hz 2 10.777 6 式中:m——压缩机汽缸作用方式,单作用时,m=l,双作 用时,m=2; 3 15.493 2 n——压缩机曲轴转速,r/min。 可以计算得出压缩机的激发频率为10Hz。 2.管道结构的模态分析 为了从理论上了解管系的振动固有特性,为实施解决 5 34.891 2 4 28.4102 38 中国设备工程f 2o1o年02月 维护与修理 | 格l l F0 。: |i lt 图1第一阶振型图 图2第二阶振型图 图3第三阶振型图 图4第四阶振型图 图5第五阶振型图 和频率,测量结果见表2。 由以上数据可知,管道振动主要发生在排气管水平方 向及弯头处,振动位移和速度很大。管道振动频率呈多阶 振动模态,振动幅值为多个频率振动的叠加,频率在10Hz 附近,主要集中在低频范围。 四、压缩机管道振动主要原因分析 ÷ .一 ll l参 表2管道振动实测结果 振动 频率,Hz 位移/mm 速度/(mrrI/s) 排气管A点水平 1.118 9 25.52 9.6 排气管A点垂直 O.O36 9.21 9.6 排气管B点水平 1.054 5 13.31 9.6 排气管B点垂直 0.122 8 4.98 9.6 弯头C点水平 0.96l 4 16.48 9.6 弯头C点垂直 0.924 8 12.Il 9.58 1.管道结构布置不合理 在管系结构上有的支柱与地面没有地脚螺钉连接,使 得水平刚度不够;同时管道离地面高度较高(2.09m),需 要用较高的支柱来支撑,也使得水平刚度有限;有的位置 没有支撑或支撑位置不合理等,这样使得管系结构的固有 频率与激振频率相近,导致管道结构发生共振。根据美国 普度压缩机协会提供的管道振幅的许用值与危险值,在振 动频率10Hz下,管道振幅要修改值约为0.508mm,危险值约 为1.016mm。而在本管道系统中,实测的位移最大值 (1.118 9ram)均达到并超过危险值。 2.管道结构走向不合理,弯头、三通过多 由于管道系统的建造时代久远,在管道结构中,弯头、 三通设计不合理,受到了交变激振力的作用,激振力越多, 也导致管道振动越来越大。 五、结论 管系振动的影响是很复杂的,要想对管系进行有效的 减振,必须就管系的结构固有频率、气流激振等进行全面 的、精确的分析。 参考文献: …1党锡齐,陈守五.活塞式压缩机气流脉动与管道振动[M】.西安: 西安交通大学出版社,1984. I2】薛伟飞,杨晓翔.往复式压缩机管道结构振动有限元法分析IJ】. 福建化工,2002. [3】唐永进.往复压缩机管道的防振设计[JJ.石油化工设备技术, 2001,22(3):35-39. 【4】刘天汇.压缩机及其管路振动原因分析及处理.【J】.设备管理与 维修,2008(3):32—33. 【5】张瑞琳.活塞式压缩机管道系统振动分析及改进 .流体机械, 2000,168(6):40—42. 收稿日期:2009—06—15 2010502fl I中国设备工程 39