1. 往復(fù)式壓縮機管系的特點
往復(fù)式壓縮機的工作特點是吸、排氣流呈間歇性和周期性，因此不可避免的要激發(fā)進、出口管道內(nèi)的流體呈脈動狀態(tài)，使管內(nèi)流體參數(shù)（如壓力、速度、密度等）隨位置及時間作周期性變化。這種現(xiàn)象稱為氣流脈動。脈動流體沿管道輸送時，遇到彎頭、異徑管、分支管、閥門、盲板等元件將產(chǎn)生隨時間變化的激振力，受該激振力作用，管系便產(chǎn)生一定的機械振動響應(yīng)。壓力脈動越大，管道振動的振幅和動應(yīng)力越大。強烈的脈動氣流會嚴重地影響氣閥的正常開閉，減小工作效率，此外，還會引起管系的機械振動，造成管件疲勞破壞，發(fā)生泄漏，甚至造成火災(zāi)爆炸等重大事故。因此降低氣流脈動是往復(fù)式壓縮機配管設(shè)計的主要任務(wù)之一。
管道振動的第二個原因是共振。管道內(nèi)氣體構(gòu)成一個系統(tǒng)，稱為氣柱。氣柱本身具有的頻率稱為氣柱固有頻率。活塞往復(fù)運動的頻率稱為激發(fā)頻率。管道及其組成件組成一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身具有的頻率稱為管系機械固有頻率。在工程上常把（0.8～1.2）f的頻率范圍作為共振區(qū)。當(dāng)氣柱固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)內(nèi)時，發(fā)生氣柱共振，產(chǎn)生較大壓力脈動。管系機械固有頻率落在激發(fā)頻率的共振區(qū)或氣柱固有頻率的共振區(qū)時，發(fā)生結(jié)構(gòu)共振。因此配管設(shè)計必須避免發(fā)生氣柱及結(jié)構(gòu)的共振，即調(diào)整氣柱固有頻率和管系機械固有頻率。
管道振動第三個原因是由機組本身的振動引起。機組本身的動平衡性能差、安裝不對中、基礎(chǔ)及支承設(shè)計不當(dāng)均會引起機組振動，帶動管系振動。
解決往復(fù)式壓縮機管系的氣流脈動與管道振動問題，要從設(shè)計階段著手，應(yīng)用振動計算專用軟件進行分析計算，將管道振動消滅在設(shè)計階段。振動計算包括：氣柱固有頻率與氣動傳遞特性的計算；壓力脈動不均勻度沿管分布及譜分析；管系結(jié)構(gòu)固有頻率、振型分析、振幅及動應(yīng)力計算。
2. 管道振動的機理與對策
管道系統(tǒng)之所以發(fā)生振動是因為管道系統(tǒng)上作用有周期性的激振力。此激振力通常源于管道內(nèi)氣體壓力的脈動（或稱波動）。對于端點安裝往復(fù)式壓縮機的管系，壓力脈動是無法避免的，我們的任務(wù)是將壓力脈動控制在一定的范圍內(nèi)，不使其產(chǎn)生有害振動。壓力脈動在管道的轉(zhuǎn)彎處或在截面發(fā)生變化處形成激振力。這些力在大小、方向以及相位上各不相同，作用在管道的彎頭和變截面（如異徑接頭、閥門、三通等）處，激發(fā)管道作受迫振動。
壓縮機管道系統(tǒng)內(nèi)各點的壓力脈動和振動取決于三個因素。
①. 壓縮機的參數(shù)：包括轉(zhuǎn)速、活塞沖程、連桿長度、氣缸直徑、流量、壓力、溫度和緩沖器的容積等。
②. 被壓縮的介質(zhì)的物理參數(shù)：包括分子量、絕熱指數(shù)、溫度和壓力等。
③. 系統(tǒng)的幾何配置情況：包括各管段的長度、外徑、壁厚、走向；分支管的位置；閥門的安裝位置及其重量；各輔助設(shè)備的位置、外形尺寸；各支承的設(shè)置位置和剛性等。
當(dāng)上述三個因素確定之后，系統(tǒng)內(nèi)各點的壓力脈動和振動情況也就相應(yīng)確定下來，由此可見，只要掌握計算氣流壓力脈動及管道振動規(guī)律，不難設(shè)計出使壓力脈動和振動均控制在安全、經(jīng)濟范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)管道系統(tǒng)。
3. 振動分析所使用的控制標準
往復(fù)式壓縮機管系的振動分析應(yīng)滿足：美國石油學(xué)會API618標準關(guān)于脈動控制要求，保證壓縮機管系的氣流脈動不超過允許值；根據(jù)美國普渡壓縮機技術(shù)協(xié)會關(guān)于機械振幅要求，保證機械振動全振幅不超過允許值。
美國石油學(xué)會制定的API618標準，從量上規(guī)定了對壓力脈動和振動控制的設(shè)計要求。
①. 當(dāng)壓力在0.35～20.7MPa之間時，壓力不均勻度按下式計算：
②. 脈動頻率f按下式計算：
管道因振動而損壞的可能性主要取決于振幅和頻率，也就是取決于交變應(yīng)力的大小和循環(huán)次數(shù)。對溫度不超過370℃碳鋼和低合金鋼管道，設(shè)計疲勞強度不應(yīng)超過50MPa。由壓力脈動及其他荷載產(chǎn)生的綜合一次應(yīng)力不應(yīng)超過管道的熱態(tài)許用應(yīng)力。
③. 根據(jù)美國石油協(xié)會API618的規(guī)定，緩沖器容積按下式計算：
4. 管道壓力脈動的控制措施
由于往復(fù)式壓縮機間歇性和周期性吸排氣，管道內(nèi)流體必然呈脈動狀態(tài)。進行壓力脈動分析不可能完全消除壓力的脈動，而是將其控制在允許的范圍內(nèi)［參見式（9-6）］。
壓力脈動的控制措施如下。
①. 首先要進行氣柱固有頻率的計算，使氣柱固有頻率（至少前三階）與活塞激發(fā)頻率錯開，從而避開氣柱共振。影響氣柱固有頻率的因素除介質(zhì)的組分外有緩沖器的尺寸與位置、管徑的大小、管系的分支的多少與位置、各管段的長度、孔板及其安裝位置、各管段的端點條件等。
②. 合理設(shè)計緩沖器并安裝在盡量靠近氣缸的位置。緩沖器是最簡單而有效的消振措施。它能使緩沖器后面的管道內(nèi)的氣流變得緩和，其作用與柔性分析中的補償器相似。
要達到理想的減振效果，緩沖器應(yīng)有足夠的容積［可參照式（9-8）確定］。緩沖器有兩種形式：一種是簡單的無內(nèi)件的緩沖器，另一種是有內(nèi)件濾波型緩沖器。采用內(nèi)件濾波型緩沖器可以更有效地控制緩沖器后的管道內(nèi)的壓力脈動，適當(dāng)減少緩沖器的容積，但同時會增大阻力降。緩沖器的安裝應(yīng)盡量靠近氣缸，對上進氣下排氣的壓縮機，入口緩沖器應(yīng)布置在氣缸上方，并盡量靠近氣缸。出口緩沖器應(yīng)布置在氣缸的正下方并盡量靠近氣缸。
③. 合理的增設(shè)消振孔板。在容器的入口處加裝適當(dāng)尺寸的孔板，可以將該管段內(nèi)的壓力駐波變成行波，使管道尾端不再具有反射條件，從而降低了壓力不均勻度，達到減輕管道振動的目的。加裝消振孔板同時又產(chǎn)生局部阻力損失，所以壓縮機制造廠在確定緩沖器容積時一般不應(yīng)考慮加裝孔板，但當(dāng)緩沖器容積過大無法制造安裝時，也可考慮加裝孔板，同時需對孔板的局部阻力損失進行核算。
消振孔板的孔徑比要經(jīng)壓力脈動計算確定，一般孔徑比為0.43～0.5，孔板厚度為3～5mm，孔板內(nèi)徑邊緣處必須保留銳利棱角，不得倒角，否則效果要降低。孔板太厚會增大局部阻力損失，并產(chǎn)生噪聲。孔板的材料與管道相同。孔板的形式與法蘭的密封面相適應(yīng)。消振孔板通常安裝在緩沖器的進出口管口處。
④. 設(shè)置集管器。并機運行的管道在匯合處脈動量會相互疊加，疊加的結(jié)果，有時相互抵消，有時相互加強，這就要看投入運行的壓縮機的曲柄錯角，如果相位一致則加強，相位相反則減弱。為避免在多機匯合處產(chǎn)生過大脈動值，在匯合處設(shè)置集管器，其尺寸太小不影響緩沖作用。集管器的設(shè)計原則是：集管器的通流面積，應(yīng)大于所有進氣管通流面積總和的3倍。
⑤. 控制管系各管段的壓力脈動值，使其不超過式（9-6）的計算值。當(dāng)主管道上的壓力不均勻度超標時，首先核算緩沖器容積，緩沖器容積不夠時，加大緩沖器容積，如果緩沖器已制造完畢或緩沖器太大難以制造時，采取加裝消振孔板方法。當(dāng)分支管（如跨線、放空線等）脈動值超標時，可適當(dāng)加大該管管徑或在該分支的適當(dāng)位置加裝孔板。如果該分支的末端為盲板或關(guān)閉的閥門，應(yīng)考慮改變該管段的長度。
在整個管系脈動值都控制在允許的范圍內(nèi)后，再進行管系結(jié)構(gòu)振動的計算，將機械振動的振幅和動應(yīng)力控制在允許的范圍內(nèi)。
5. 管道振動的控制措施
①. 進行管系的機械固有頻率計算，使機械固有頻率（至少前三階）與活塞激發(fā)頻率錯開并與氣柱固有頻率（至少前三階）錯開。通常對于中、低壓管道(p≤8MPa)，管道機械固有頻率不低于24Hz；對高壓管道（p>8MPa)，管道機械固有頻率不低于28Hz。
②. 在管道柔性分析滿足的前提下，應(yīng)盡量減少轉(zhuǎn)彎，因為過多的轉(zhuǎn)彎會減小管系的剛度，使管系的機械固有頻率降低，并且在彎頭處產(chǎn)生激振力，從而發(fā)生振動。
③. 支架應(yīng)采取防振管卡，而不能只為承重或止推。因為防振管卡可以約束X、Y、Z三個方向的線位移，對直徑較小的管子甚至可以約束RX、RY、RZ三個角位移，而承重或止推架卻只能約束一個方向的線位移。為保證管道與管卡充分接觸，在管卡與管道之間墊石棉橡膠板。
④. 支架的間距應(yīng)滿足最小頻率的要求。
⑤. 管道應(yīng)盡量沿地面敷設(shè)，便于設(shè)置支架，管道過高則支架難以生根，同時支架的剛度很難保證。支架的剛度可參照表9-15。
對于較高的支架宜采用框架結(jié)構(gòu)，單根立柱剛度較小。
⑥. 為防止機組的轉(zhuǎn)動不平衡力引起管系振動，進出口緩沖器要有牢固的支承，靠近壓縮機的管段的支架應(yīng)重點考慮。
⑦. 在閥門等集中質(zhì)量處應(yīng)加支架，因為集中質(zhì)量處振動頻率低。
6. 氣體的壓力脈動
往復(fù)壓縮機的活塞在氣缸中進行周期性往復(fù)運動，引起吸排氣呈間歇性和周期性，管內(nèi)氣體壓力不但隨位置變化，而且隨時間作周期性變化，這種現(xiàn)象稱為氣體壓力脈動。壓力脈動的大小通常用壓力不均勻度來衡量。壓力不均勻度的表達式如下：
