为了预防和控制管道内的气流脉动,应掌握管道系统内气流脉动的特性参数,恰当地选择降低管道内气流脉动的方法,并预测出压力脉动的程度及其影响。表征气流脉动特性的主要参数是气流脉动的固有频率谱和各阶脉动压力的振幅值。如前所述,气柱是一个连续弹性体,是具有无限多个自由度的振动系统,具有无限多个固有频率。由于对气柱的激励受活塞运动的制约,而活塞的运动可分解为无限多的简谐运动,因而作用于气柱的激励力(成干扰力)相应地可看成由无限多的简谐力组成。为了控制压缩机管路的气流脉动,可以采取一系列有效措施。有些措施是在设计阶段采取,有些则既可在设计阶段,也可在运行期间采取。合理的途径是消除激励的根源,可以在压缩系统中设置缓冲器、声学滤波器、孔板和改变管道长度等办法。
(一)合理布置气缸,适当配制级中压力比
作用于管道的气缸数目及其作用相位,对作用于气柱的激励力的阶次与振幅值,有着决定性的影响。一个单作用气缸激励力的主频率等于压缩机曲轴的转速,即在主轴旋转一周的时间内,管道内每个截面上的气体进行一个脉动循环。几个气缸作用于同一管道,或气缸容积接相同的相位作用于同一管道,则主共振简谐可以等于气缸数,而以下的简谐系列为主简谐的倍数。激励力的最大振幅发生在主简谐时,简谐阶次越高,激励力的振幅越小。从控制管道压力脉动的观点看,一十级的气缸制成双作用,列的曲柄错角布置,可使气缸作用于管道的相位较均匀。
对于多级压缩机要特别注意作用于管道压缩级的配制。一端为前一级的排气,另一端为后一级的进气,这样干扰力(激励力)不是相互加强而是相互抵消,这可以使总的压力脉动降低,使用以控制压力脉动的缓冲器容积减小。对于小型压缩机装置显得更为重要,因为它不允许有较大的级间容器。级间管道中的脉动压力的振幅值及其相位,是相应压缩级的气进阀和排气阀开始开启瞬时曲柄转角的函数,而气阀的开始开启瞬时取决于气缸内的压力比,为了减小压力脉动,要适当配制级中压力比。
(二)在管道中设置缓冲器
缓冲器类似于机械振动系统中的弹簧,起隔离震源的作用。缓冲器能使后面管道的气流缓和,降低排气期间气体冲击所造成的损失,以及降低管道内的阻力损失。它不仅能降低脉动气流的振幅,而且也能改变气柱的固有频率。
缓冲器后面管道内气流的稳定程度取决于缓冲器容积的大小及压缩机气缸工作的特点。
(三)应用孔板消振
在管道上应用孔板能使气流的压力脉动得到一定程度的缓和。孔板装在气流前面,如压缩机的吸气管道上,装在滤清器法兰和管道法兰处;在排气管道上,则装在储气罐进口法兰处。装孔板的地方必须是压力脉动的波节处,切勿随意安置。
孔板是一薄板,声速高的介质应取下限,反之取上限。用孔板消除气流脉动引起压力损失和功率损失,且可能有噪声,因此采用孔板只有与共振相比较才是合理的,经济性较羞。
(四)改变管道长度
缩短管道长度,使管道系统的刚度、固有频率及共振的简谐阶次得到提高,同时使激励力降低,从而避免共振。适用于处于设计阶段的压缩机装置的管道系统。
(五)加强管道支承
为了降低管道的振动振幅,通常在管道系统中采用减振元件,如在支承上用石棉胶板、石棉或其它材料制成的减振垫圈,以及阻止振动发展的制动器。此外,还可以在管道上紧固动力消振器等。
为了防止管道系统发生共振,在选择管段两支座之间的距离时,应使管段的固有频率比激励主频率高30%或低30%。较为有利的情况是把管段的固有频率设计成低于激励主频率。
管道拐弯处是激励力作用的地方,布置管道时应尽量少用弯头,不用急剧拐弯的管子,而采用圆弧半径较大的弯管。空气管道应尽可能平直,当管路较长时,推荐使用大直径管,管道拐弯处应有刚性卡箍或支撑。
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