基于平面波理论的压缩机气流脉动与管道振动研究
气流脉动引发压缩机管道振动广泛存在于过程流体工业装置之中，目前国内解决管道振动普遍采取强制约束管道的方法，缺乏一种从根本上解决气流脉动引发管道振动问题的方法。因此本课题以气流脉动为研究对象，搭建往复式压缩机管道系统实验平台，通过实验测量得到了管道内实际压力脉动值，再以平面波理论为基础，分析压缩机排气特性，建立边界气流运动规律数学模型。以该数学模型作为边界条件，依照实验平台管路系统实际尺寸建立系统气流脉动计算模型，分析计算压缩机管道内气流压力脉动分布规律，并与实验测量得到的压力脉动值对比，平均相差仅为7.2％，验证了数值计算模型的正确性。 使用实验验证过的系统计算模型，分析管道结构尺寸对气流脉动的影响。发现缓冲罐容积每增加20L，气流压力脉动幅值下降8％-10％;缓冲罐与压缩机间距离每增加100mm，气流压力脉动幅值会上升20％-30％;随着缓冲罐与压缩机间接管内径增大，管道内气流压力脉动会随之降低。再参照API618标准对管道内气流脉动的允许极限，首次提出压缩机气流脉动安全范围“等压线”的绘制方法，该“等压线”可被利用为指导工程人员设计安全的往复式压缩机管路。 以数值模拟的方法研究了亥姆霍兹共鸣器、分支管结构、组合型膨胀腔三种新型气流脉动抑制装置的功能效果，分析其各自优缺点。数字实验中结果表明，安装亥姆霍兹共鸣器后，气缸内气流压力脉动幅值下降76％;在往复式压缩机管道上安装分支管结构，使分支管下游处的气流脉动下降为零;在气缸与缓冲罐间管路上加装组合型膨胀腔，使缓冲罐内气流脉动下降了45％。三种新型装置可以作为缓冲罐的有效补充。 对某公司超高压乙烯压缩机系统进行安全评估和改造，气流脉动分析发现其局部大大超过API618标准规定的压力脉动允许极限。对管路系统进行改进，确定了新的缓冲罐容积，使管道内气流脉动下降到安全范围之内。
压缩机;气流脉动;管道振动;压力脉动值;设备改造
北京化工大学
硕士
机械工程
张卫义;郑学鹏
2017
中文
TH45;TH162
113
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）