螺杆式压缩机排气管振动分析及解决方法

    1 排气管振动的原因

    压缩机强烈的管道振动会使管道附件特别是与管道相连的部件连接松动，轻则引起泄漏，重则由破裂引起爆炸；引起零件的疲劳破坏，降低整个装置的疲劳寿命。为保证压缩机的安全运行，有必要对管道振动的机理进行分析和研究。管道内流体流速过快产生湍流边界层分离而形成涡流，会引起振动。管道系统的振动主要是由机械振动，管道内部介质脉动以及支吊架安装不当引起。

    使用测振仪对某型号移动式螺杆机进行测试，发现其在空载时运动比较平稳，振动轻微；当对移动机加载测试时，振动剧烈，由振动产生的噪声也比较厉害，由此可以肯定该压缩机的管道振动主要是由气流脉动引起的。

    2 对排气管进行模态分析

    图1为排气管的实体造型图。此排气管是从压缩机主机出来到油气分离器中间的一段，材质为普通碳钢，弹性模量为210GPa，泊松比为0.28，密度为7800kg/㎡。管外径是89mm，管壁厚为4.5mm，管的弯角为90°。

    图1 某型号移动式压缩机排气管造型图

    2．1 排气管内部流体的运动轨迹

    针对排气管的振动问题，用对排气管进行实体建模，然后导入内部模块Flow simula—tion进行排气管内部流场的模拟。对模型加上封盖沿中心线剖分后，进行计算域和流体子域的限定，插人流体的边界条件：人口的体积流量Q为20m3／min，化成软件默认的单位m3／h后的数值为0.33，气体的流动状态假设为均匀流动，按理想气体状态进行处理；出口进行静压处理，从而得出排气管内部流体的流动轨迹如图2所示。

    图2 排气管道内部流体轨迹

    从上图可以看出，在管道的拐弯处由于受到内部气流的冲击压力较大，在直管部分气流相对平稳，所以管道拐弯处的压力脉动是引起管道频率变化的主要因素。

    2．2 排气管的频率分析

    在原有的实体模型的基础上，将模型导人Solid—Works的内部插件Simulation，进行频率设定、编辑应用材料、添加固定夹具(由于排气管的两端都有构件相连，所以为两端固定型)，内壁均匀添加1.9MPa的压力进行分析。在生成网格后运行得出管道的多阶固有频率和振型图，从而依据仿真的手段对管道的固有特性加以了解。由于篇幅限制，选取管道的第3、4阶振型列举如图3所示。